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Experimentalvortrag zum Thema Batterien und Akkus

Experimentalvortrag zum Thema Batterien und Akkus. von Susanne Moritz und Alexander Beiter. Übersicht. Geschichte Grundlagen Batterien Akkumulatoren Umweltschutz Bildungsplanbezug. Ohne Batterien und Akkus nichts los. Ohne Batterien und Akkus nichts los. Historisches.

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Experimentalvortrag zum Thema Batterien und Akkus

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Presentation Transcript

  1. Experimentalvortrag zum Thema Batterien und Akkus von Susanne Moritz und Alexander Beiter

  2. Übersicht • Geschichte • Grundlagen • Batterien • Akkumulatoren • Umweltschutz • Bildungsplanbezug

  3. Ohne Batterien und Akkus nichts los

  4. Ohne Batterien und Akkus nichts los

  5. Historisches Luigi Galvani (1737-1798)

  6. Historisches Alessandro Volta (1745-1827)

  7. Elektroskop Historisches Volta‘scher Becher Zn Cu

  8. Volta‘sche Säule Historisches Hintereinanderschaltung

  9. Historisches Volta-Säule (1800)

  10. Was ist Strom? Unterscheidung Gleichstrom und Wechselstrom: Batterien und Akkus sind immer Gleichspannungsquellen!

  11. Was ist Strom? Menge an Ladungen (Elektronen, Ionen), die sich pro Zeiteinheit durch einen Leiter bewegen. I=∆Q/ ∆t [A]

  12. Was ist Spannung? Stärke des Antriebes für den elektrischen Strom. U=W/Q [V] (Volta!)

  13. Was ist Widerstand? Behinderung des Stromflusses. In Gleichstromkreisen gilt für viele Metalle und Elektrolyte: U~I U=R x I [Ω] Ohmsches Gesetz Der Widerstand ist auch temperaturabhängig!

  14. Übersicht

  15. anziehend ...

  16. Verhältnisse in Elektrolyten Der Strom in Elektrolyten besteht aus Ionen, die sich bei angelegter Spannung (Elektrolyse) in die entgegen gesetzte Richtung bewegen. Der Widerstand ist von der Beweglichkeit der Ionen und der Temperatur abhängig.

  17. Batterie = Akku? Batterien sind Primärzellen nicht wieder aufladbar Akkus sind Sekundärzellen wieder aufladbar

  18. Batterien • Kennzeichen: • Chemische Energie Elektrische Energie • Zwei Elektroden: Pluspol/sauerstoffreiche Verbindungen (+) • Minuspol/Metall (-) • Meist werden die Batterien nach der • Zusammensetzung der Elektroden • bezeichnet! • Elektrolyt • Trennschicht • Redoxreaktion chem. Reaktion » Galvanisches Element«

  19. Cu + 2Ag+ Cu2+ + 2 Ag Galvanische Element Redoxreaktion

  20. Cu + 2Ag+ Cu2+ + 2 Ag Galvanische Element - Pol + Pol e- Redoxreaktion

  21. Zitronenbatterie» Experiment «

  22. Die Zitronenbatterie Elektroden: Kupfer und Zinn/Zink Elektrolyt: Zitronensäure Trennschicht: - Redoxreaktion: Minuspol : Sn Sn2+ + 2e- Pluspol : 2H+ + 2e- H2

  23. Die Zitronenbatterie

  24. Daniell-Element» Experiment «

  25. Daniell-Element Elektroden: Kupfer und Zink Elektrolyt: CuSO4 und ZnSO4 Trennschicht: Tonmaterial Redoxreaktion: Minuspol: Zn Zn2+ + 2e- Pluspol: Cu2+ + 2e- Cu

  26. Daniell-Element

  27. Daniell-Element

  28. E=E0 + 0,059V lg c(Mz+) 2 Daniell-Element Quantitative (mathematische) Betrachtung: Halbzelle Cu2+/Cu: mit c(Cu2+) = 1 mol/l U=E0= 0,34V Halbzelle Zn2+/Zn: mit c(Zn2+) = 1 mol/l U=E0= -0,76V U=U(Cu2+/Cu) - U(Zn2+/Zn) =0,34V - (-0,76V) = 1,1V

  29. ”Mac Gyver- Batterie”

  30. Aluminium-Luft-Batterie

  31. Aluminium-Luft-Batterie Elektroden: Aluminium und Kupfer Elektrolyt: NaCl Trennschicht: - Redoxreaktion: Minuspol: Al (S) Al3+(aq) + 3e- Pluspol (Cu): O2 (aq) +2H2O (l) + 4e- 4OH- (aq)

  32. Elektrochemische Spannungsreihe

  33. Aluminium-Luft-Batterie Ergänzung: Minuspol: Al (S) Al3+(aq) + 3e- Wirkung Cl--Ionen: Al2O3 (s) + 8Cl-(l) + 3H2O 2[AlCl4]- (aq) + 6OH- (aq)

  34. Eine unmögliche Batterie -die Wechselstrombatterie

  35. Eine unmögliche Batterie -die Wechselstrombatterie

  36. Eine unmögliche Batterie -die Wechselstrombatterie

  37. Eine unmögliche Batterie -die Wechselstrombatterie

  38. Eine unmögliche Batterie -die Wechselstrombatterie Elektroden: Kupfer und Eisen Elektrolyt: H2SO4 und KBrO3 Trennschicht: - Redoxreaktion: Minuspol: Fe Fe2+ + 2e- Pluspol: BrO3- + 6e- + H+ Br- + H2O Oetken, M. & Ducci, M.: Eine unmögliche Batterie - die Wechselstrombatterie. In Praxis der Naturwissenschaften, 49 (2000) 1, S.16-17.

  39. Zink-Kohle-Batterie (Leclanché-Element) Elektroden: Zink und Kohle Elektrolyt: NH4Cl Trennschicht: Papier Redoxreaktion: Minuspol: Zn Zn2+ + 2e- Pluspol: MnO2 + H+ + e- MnO(OH) NH4+ + H2O NH3 + H+

  40. Alkali-Mangan-Batterie Elektroden: Zink und Braunstein Elektrolyt: Kalilauge (”Alkali”) Trennschicht: siehe Bild

  41. Redoxreaktion: Minuspol: Zn Zn2+ + 2e- Zn2+ + 4 OH- [Zn(OH)4]2- [Zn(OH)4]2- ZnO + 2OH- + H2O Pluspol: MnO2 + H2O + e- MnO(OH) + OH- Gesamtreaktion: Zn + 2MnO2 + H2O ZnO + 2MnO(OH) Alkali-Mangan-Batterie Elektroden: Zink und Braunstein Elektrolyt: Kalilauge (”Alkali”) Trennschicht: ?

  42. Akkumulatoren

  43. Laden Umwandlung elektr. in chem. Energie Entladen + Pol (Katode) • Pol • (Anode) Katode (- Pol) Anode (+ Pol) Reduktion Oxidation Reduktion Oxidation Akkumulatoren Zwei Vorgänge: Entladen Galvanisches Element Laden Elektrolyse

  44. Eisenakkumulator » Experiment «

  45. Eisenakkumulator Elektroden: Kohle Elektrolyt: FeSO4 (Fe2+) Trennschicht: Tonmaterial

  46. Bleiakkumulator (Autobatterie) Elektroden: Blei (Anode), Bleioxid (Kathode) Elektrolyt: H2SO4 Trennschicht: ?

  47. Bleiakkumulator (Autobatterie) Elektroden: Blei (Anode), Bleioxid (Kathode) Elektrolyt: H2SO4 Trennschicht: ?

  48. Umweltschutz

  49. Akku ist leer!

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