GtzVidC9 11 Leclanche

Summary

In diesem Video wird die Funktionsweise der Zink-Kohle-Batterie erklärt, beginnend mit einer rudimentären Batterie aus einfachen Materialien, die in der Praxis jedoch nicht alltagstauglich ist. Der französische Physiker Georges Leclanché löste dieses Problem 1866 mit der Erfindung der Zink-Kohle-Batterie. Der Aufbau dieser Batterie wird detailliert beschrieben, wobei die chemischen Prozesse zwischen Zink, Graphit, Ammoniumchlorid und Manganoxid erklärt werden. Es wird auch gezeigt, wie eine handelsübliche Zink-Kohle-Batterie aufgebaut ist und welche praktischen Überlegungen bei der Herstellung solcher Batterien eine Rolle spielen.

Takeaways

• 😀 In einem vorherigen Experiment wurde eine primitive Batterie mit einer 10-Kilo-Waage und zwei Elektroden gebaut, jedoch war sie nicht alltagstauglich.
• 😀 1866 löste der französische Physiker und Chemiker Georges Leclanché das Problem mit der Erfindung der Zink-Kohle-Batterie.
• 😀 Die Zink-Kohle-Batterie besteht aus Zink (Anode), Graphit (Kathode) und einem sauren Elektrolyten (meist Ammoniumchlorid).
• 😀 Zink gibt an der Anode leicht Elektronen ab und ist ein kostengünstiges Material für die Batterie.
• 😀 Graphit leitet den Strom an der Kathode, reagiert aber nicht direkt mit den Elektronen.
• 😀 Der Elektrolyt in der Batterie reagiert an der Kathode mit Manganoxid und verhindert die Bildung von Wasserstoffgas.
• 😀 Die Bildung von Wasserstoffgas, das in der Batterie unerwünscht ist, wird durch die Zugabe von Manganoxid verhindert.
• 😀 Zinkionen, die an der Anode entstehen, müssen durch ein chemisches Verfahren kontrolliert werden, um die Batterie funktionsfähig zu halten.
• 😀 Ammoniumchlorid als Elektrolyt löst mehrere Probleme, indem es mit Wasser reagiert und Ammoniak bildet, wodurch Zinkionen gebunden werden.
• 😀 Das Prinzip der Zink-Kohle-Batterie zeigt, wie chemische Reaktionen zur tragbaren Speicherung elektrischer Energie genutzt werden können.
• 😀 Die Zink-Kohle-Batterie ist auch heute noch eine grundlegende Technologie, obwohl moderne Akkus wesentlich komplexer sind.

Q & A

Was war das Hauptproblem mit der primitiven Batterie aus dem ersten Video?

Das Hauptproblem war, dass die primitive Batterie sehr unpraktisch war. Sie basierte auf einem Becher mit Flüssigkeit und konnte nur wenig Energie speichern. Niemand würde so eine Batterie in alltäglichen Geräten wie Taschenlampen oder anderen elektrischen Geräten verwenden wollen.

Wie löste Georges Leclanché das Problem der tragbaren Energieversorgung?

Georges Leclanché löste das Problem mit seiner Erfindung der Zink-Kohle-Batterie im Jahr 1866. Diese Batterie nutzte eine Zink-Anode und eine Graphit-Kathode, zusammen mit einem Elektrolyten aus Ammoniumchlorid, um elektrische Energie effizienter und tragbarer zu speichern und bereitzustellen.

Was ist der Vorteil von Zink als Material für die Anode in der Zink-Kohle-Batterie?

Zink hat den Vorteil, dass es leicht Elektronen abgibt, was es ideal für die Verwendung als Anode macht. Es ist außerdem günstig und weit verbreitet, was die Zink-Kohle-Batterie zu einer kostengünstigen Energiequelle macht.

Warum ist Graphit als Kathodenmaterial in dieser Batterie geeignet?

Graphit ist geeignet, weil es Strom leitet, aber selbst nicht chemisch reagiert. In der Zink-Kohle-Batterie reagiert der Elektrolyt an der Graphit-Kathode, aber nicht das Graphit selbst, was für eine stabile und effektive Batterie sorgt.

Welche Probleme entstehen bei der Verwendung von Graphit in der Batterie?

Ein Problem, das beim Graphit als Kathode auftritt, ist die Bildung von Wasserstoffgas durch die Reaktion des Elektrolyten an der Kathode. Gasbildung ist in einer Batterie unerwünscht, da es die Leistung beeinträchtigen und die Batterie beschädigen kann.

Wie wird das Problem der Wasserstoffgasbildung in der Zink-Kohle-Batterie gelöst?

Das Problem der Wasserstoffgasbildung wird durch die Zugabe von Manganoxid (MnO2) zum Elektrolyten gelöst. Das Manganoxid fängt den Wasserstoff ab und verhindert so die Bildung von Gas, das die Batterie beeinträchtigen könnte.

Was passiert, wenn sich Zinkionen an der Zink-Anode bilden?

Wenn Zinkionen an der Zink-Anode gebildet werden, können sie die Reaktionen stören, da sie die Anode abschirmen. Dies verhindert, dass weitere Reaktionen stattfinden und die Batterie weiterhin effizient arbeitet.

Warum wird Ammoniumchlorid als Elektrolyt in der Zink-Kohle-Batterie verwendet?

Ammoniumchlorid wird verwendet, weil es mehrere Probleme gleichzeitig löst: Es reagiert mit Wasser und bildet Ammoniak, was die Bildung von Zinkionen verhindert. Es bildet auch einen unlöslichen Komplex mit den Zinkionen und hilft so, die Batterie effizienter zu machen.

Wie wird die Zink-Kohle-Batterie praktisch aufgebaut?

Die Zink-Kohle-Batterie besteht aus einem Zinkbecher als Anode und einer Graphit-Kathode, die in der Mitte des Bechers angeordnet ist. Zwischen den Elektroden befindet sich eine Paste aus Ammoniumchlorid, Graphit, Manganoxid und einem Bindemittel wie Weizenmehl.

Welche Spannung erzeugt eine handelsübliche Zink-Kohle-Batterie?

Eine handelsübliche, neue Zink-Kohle-Batterie erzeugt eine Spannung von etwa 1,5 Volt. In der praktischen Demonstration der Batterie konnte eine Spannung von etwa 1 Volt gemessen werden, was zeigt, dass auch eine einfache Nachbildung der Batterie funktional ist.