Abiturwissen Chemie Oberstufe/Elektrochemie/Primärelemente

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.

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:

2MnO_2(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.

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