Abiturwissen Chemie Oberstufe/Elektrochemie/Primärelemente: Unterschied zwischen den Versionen

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===Lithium-Batterie (LiMnO<sub>2</sub>)===
=== Alkali-Mangan-Batterie ===
'''Aufbau''':
Die Alkali-Mangan-Batterie ist eine Fortentwicklung der Zink-Kohle-Batterie (LeClanché-Element). Der bedeutendste Unterschied zwischen den beiden Batterien ist, dass sich das Zink nicht in einem Zinkbecher außerhalb der Batterie befindet, sondern in einer Zinkpaste innerhalb der Batterie.
 
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Die Kathode der Lithium-Mangandioxid-Batterie besteht aus wärmebehandeltem Mangandioxid (MnO2) und die Anode aus metallischem Lithium.
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'''Anodenreaktion:''' Li → Li<sup>+</sup> + e<sup>−</sup>
'''Kathodenreaktion:''' MnO<sub>2</sub> + Li<sup>+</sup> + e<sup>−</sup> → LiMnO<sub>2</sub>
'''Gesamtreaktion:''' Li + MnO<sub>2</sub> → LiMnO<sub>2</sub>
{| class="wikitable"
!Vorteile
!Nachteile
|-
|'''-''' niedrigstes Elektrodenpotenzial
| - starke Reaktion mit Wasser,
darf nicht damit in Berührung kommen
|-
| - kleinste Dichte
| - aufwendige Herstellung/hohe Herstellungskosten
|-
| - hohe Spannung (2,8-3,6V)
| - Alterserscheinungen: altert auch ohne Benutzung
|-
| - Leichtmetall
| - Sicherheit: Probleme mit Überhitzung, vor allem durch
Kontakt zweier Akkus (Transport) verursacht Brände
|-
| - geringe Selbstentladung lange Lagerfähigkeit
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|}<br />
===Alkali-Mangan-Batterie===
Die Alkali-Mangan-Batterie ist eine eine Fortentwicklung der Zink-Kohle-Batterie (Leclanché-Element). Der bedeutendste Unterschied zwischen den beiden Batterien ist, dass sich das Zink nicht in einem Zinkbecher außerhalb der Batterie befindet, sondern in einer Zinkpaste innerhalb der Batterie.


'''Anodenreaktion''':
'''Anodenreaktion''':
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1. Zn<sub>(s)</sub> + 2OH<sup>-</sup><sub>(aq)</sub>  → Zn(OH)<sub>2(s)</sub> + 2e<sup>-</sup>
1. Zn<sub>(s)</sub> + 2OH<sup>-</sup><sub>(aq)</sub>  → Zn(OH)<sub>2(s)</sub> + 2e<sup>-</sup>


2. Zn(OH)<sub>(s)</sub> + 2OH<sup>-</sup><sub>(aq)</sub>  → Zn[(OH)<sub>4</sub>]<sup>2-</sup><sub>(aq)</sub>
2. Zn(OH)<sub>(s)</sub> + 2OH<sup>-</sup><sub>(aq)</sub>  → [Zn(OH)<sub>4</sub>]<sup>2-</sup><sub>(aq)</sub>


'''Kathodenreaktion''':
'''Kathodenreaktion''':


1. Mangan(IV)oxid wird zu Mangan(III)hydroxid reduziert:
Mangan(IV)oxid wird zu Mangan(III)hydroxid reduziert:


2MnO<sub>2(s)</sub> + 2H<sub>2</sub>O<sub>(l)</sub> + 2e<sup>-</sup> → 2MnO(OH)<sub>(s)</sub> + 2OH<sup>-</sup><sub>(aq)</sub>
2MnO<sub>2(s)</sub> + 2H<sub>2</sub>O<sub>(l)</sub> + 2e<sup>-</sup> → 2MnO(OH)<sub>(s)</sub> + 2OH<sup>-</sup><sub>(aq)</sub>
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- geringere Selbstentladung
- geringere Selbstentladung


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- chemische Reaktionen können schneller ablaufen, da die Zinkoberfläche hier größer ist
===Zink-Kohle-Batterie===
<nowiki>https://www.u-helmich.de/che/Q1/inhaltsfeld-3-ec/61-Batterien/seiteEC-61A1.html</nowiki>


'''Anodenreaktion:'''


Zn<sub>(s)</sub> → Zn²<sup>+</sup> + 2e<sup>-</sup>
=== Lithium-Batterie  (LiMnO<sub>2</sub>) ===
'''Aufbau''':


'''Kathodenreaktion:'''
Die Kathode der Lithium-Mangandioxid-Batterie besteht aus wärmebehandeltem Mangandioxid (MnO<sub>2</sub>) und die Anode aus metallischem Lithium.
<br />
[[Datei:LithiumBatterie.jpg|zentriert|mini|493x493px]]


2MnO<sub>2</sub> + 2H<sub>2</sub>O + 2e<sup>-</sup> → 2MnO(OH) + 2OH<sup>-</sup>


'''Sekundärreaktionen: (NH4 aus dem Elektrolyten)'''
'''Anodenreaktion:''' Li → Li<sup>+</sup> + e<sup>−</sup>


1. 2NH<sup>4+</sup> + 2OH<sup>-</sup> → 2NH<sub>3</sub> + 2H<sub>2</sub>O
'''Kathodenreaktion:''' MnO<sub>2</sub> + Li<sup>+</sup> + e<sup>−</sup> → LiMnO<sub>2</sub>


2. Zn²<sup>+</sup> + 2NH<sub>3</sub> → [Zn(NH<sub>3</sub>)<sub>2</sub>]²<sup>+</sup>
'''Gesamtreaktion:''' Li + MnO<sub>2</sub> → LiMnO<sub>2</sub>
 
3. [Zn(NH<sub>3</sub>)<sub>2</sub>]²<sup>+</sup> + 2Cl<sup>-</sup> → [Zn(NH<sub>3</sub>)<sub>2</sub>]Cl<sub>2</sub>
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{| class="wikitable"
|+
!Vorteile
!Vorteile
!Nachteile
!Nachteile
|-
|-
| - giftige Stoffe binden an einen unlöslichen Komplex
|'''-''' niedrigstes Elektrodenpotenzial
| - elektrischer Widerstand nimmt zu
| - starke Reaktion mit Wasser,
darf nicht damit in Berührung kommen
|-
|-
|
| - kleinste Dichte
| - gleichzeitig sinkt die Leistung
| - aufwendige Herstellung/hohe Herstellungskosten
|-
| - hohe Spannung (2,8-3,6V)
| - Alterserscheinungen: altert auch ohne Benutzung
|-
|-
|
| - Leichtmetall
| - Zinkbecher kann porös werden → Gefahr des Auslaufens des Elektrolyten steigt
| - Sicherheit: Probleme mit Überhitzung, vor allem durch
Kontakt zweier Akkus (Transport) verursacht Brände
|-
|-
| - geringe Selbstentladung lange Lagerfähigkeit
|
|
| - hohe Selbstentladung
|}
|}
<br />

Version vom 21. März 2019, 08:08 Uhr

Alkali-Mangan-Batterie

Die Alkali-Mangan-Batterie ist eine Fortentwicklung der Zink-Kohle-Batterie (LeClanché-Element). Der bedeutendste Unterschied zwischen den beiden Batterien ist, dass sich das Zink nicht in einem Zinkbecher außerhalb der Batterie befindet, sondern in einer Zinkpaste innerhalb der Batterie.

AlkaliManganBatterie.jpg


Anodenreaktion:

1. Zn(s) + 2OH-(aq) → Zn(OH)2(s) + 2e-

2. Zn(OH)(s) + 2OH-(aq) → [Zn(OH)4]2-(aq)

Kathodenreaktion:

Mangan(IV)oxid wird zu Mangan(III)hydroxid reduziert:

2MnO2(s) + 2H2O(l) + 2e- → 2MnO(OH)(s) + 2OH-(aq)

Nebenreaktion:

Zink wird oxidiert und Wasser zu gasförmigem Wasserstoff reduziert:

Zn + 2H2O + 2OH- → [Zn(OH)4]²- + H2

Vorteile: (Vergleich zur LeClanché-Batterie)

- höhere Stromdichte

- weniger Schwankungen

- längere Betriebsdauer

- hohe Auslaufsicherheit, jedoch kann sie aufgrund eines Kurzschlusses und des daraus resultierenden Überdrucks dennoch auslaufen

- auch bei niedrigen Temperaturen funktionsfähig

- geringere Selbstentladung

- chemische Reaktionen können schneller ablaufen, da die Zinkoberfläche hier größer ist


Lithium-Batterie (LiMnO2)

Aufbau:

Die Kathode der Lithium-Mangandioxid-Batterie besteht aus wärmebehandeltem Mangandioxid (MnO2) und die Anode aus metallischem Lithium.

LithiumBatterie.jpg


Anodenreaktion: Li → Li+ + e−

Kathodenreaktion: MnO2 + Li+ + e− → LiMnO2

Gesamtreaktion: Li + MnO2 → LiMnO2

Vorteile Nachteile
- niedrigstes Elektrodenpotenzial - starke Reaktion mit Wasser,

darf nicht damit in Berührung kommen

- kleinste Dichte - aufwendige Herstellung/hohe Herstellungskosten
- hohe Spannung (2,8-3,6V) - Alterserscheinungen: altert auch ohne Benutzung
- Leichtmetall - Sicherheit: Probleme mit Überhitzung, vor allem durch

Kontakt zweier Akkus (Transport) verursacht Brände

- geringe Selbstentladung lange Lagerfähigkeit


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