7.11. Elektrochemische Stromerzeugung (Seite 175 - 179)

Primärelement:	nicht aufladbares galvanisches Element (Beispiel: Leclanché-Element)
Sekundärelement:	aufladbares galvanisches Element (Beispiel: Bleiakkumulator)

a. Verschiedene Primärelemente (Seite 175 - 176 lesen)

Die Zink-Kohle-Batterie (Leclanché-Element) , die Alkali-Mangan-Batterie, die Zink-Silberoxid-Knopfzelle und die Lithium-Mangan-Batterie.

b. Die Zink-Luft-Knopfzelle, ein Primärelement

Anode:	Zinkpulver
Kathode:	Aktivkohle-Ruß-Gemisch welches mit Luft (Sauerstoff) in Verbindung steht
Elektrolytlösung:	Kalilauge

			0		+II
Anode	Oxidation	⊖-Pol	Zn	⇌	Zn2+* + 2 e−	| · 2	-1,20 V
			0		-II
Kathode**	Reduktion	⊕-Pol	O2 + 2 H2O + 4 e−	⇌	4 OH−(aq)		+0,40 V
			2 Zn + O2 + 2 H2O	→	2 Zn2+ + 4 OH−		+1,60 V***

_{*  es ensteht eine Zn²⁺-Verbindung
**  läuft an der katalytisch wirksamen Aktivkohle ab
***  ΔE = 0,40 - (-1,20) = 1,60 V, aber durch Drosselung der Luftzufuhr wird ΔE auf etwa 1,4 V vermindert}

Die Zink-Luft-Knopfzelle liefert eine Spannung von 1,4 Volt, sie wird in Hörgeräten benutzt.

c. Der Bleiakkumulator, ein Sekundärelement

- Aufbau des Bleiakkumulators:   

Zwei Sätze von parallel geschalteten Gitterplatten bilden einen Plattenblock, der in Schwefelsäure (H2SO4, w = 38%; ρ = 1,28 g/mL; θ = 20°C) taucht. Die Platten des ersten Satzes sind mit fein verteiltem Blei, die Platten des zweiten Satzes mit Blei(IV)-oxid gefüllt.

- Entladung des Bleiakkumulators: es entsteht an beiden Elektroden das schwer lösliche Blei(II)-sulfat (Überzug auf den Elektroden und Bodensatz)










- Laden des Bleiakkumulators: aus Blei(II)-sulfat wird wieder eine Blei- und eine Blei(IV)-oxid-Elektrode aufgebaut:

			+II		+IV
Anode	Oxidation	⊕-Pol	PbSO4(s) + 5 H2O(l)	⇌	PbO2(s) + HSO4−(aq) + 3 H3O+(aq) + 2 e−
			+II		0
Kathode	Reduktion	⊖-Pol	PbSO4(s) + 2 e−	⇌	Pb(s) + SO42−(aq)
			2 PbSO4(s) + 2 H2O(l)	→	Pb(s) + PbO2(s) + 2 H2SO4(aq)

Während des Ladens wird Schwefelsäure hergestellt und Blei(II)-sulfat verbraucht:
n(H₂SO₄) wird größer, n(PbSO₄) wird kleiner,
⇒ ρ(H₂SO₄) wird größer, da das Volumen konstant bleibt

    PbSO₄/PbO₂
    H₂/H₃O⁺            Aktivierungsenergie für die Bildung von H₂ sehr hoch
    Pb/PbSO₄
⇒ die Elektrolyse ist nur wegen der hohen Aktivierungsenergie zur Bildung von Wasserstoff möglich

Das Ende des Ladevorganges (n_PbSO4 = 0) erkennt man am Gasen des Akkus: wenn das Blei(II)-sulfat aufgebraucht ist, bildet sich an der Kathode H₂ und an der Anode O₂ (Elektrolyse des Wassers).

d. Brennstoffzelle (Seite 179)

Eine Brennstoffzelle ist ein galvanisches Element, bei dem das Reduktionsmittel ("Brennstoff") und das Oxidationsmittel kontinuierlich von außen zugeführt werden.

Beispiel: Wasserstoff-Sauerstoff-Brennstoffzelle
H₂ ist der Brennstoff, O₂ ist das Oxidationsmittel, die Knallgasreaktion (stark exotherm) wird zur Stromerzeugung benutzt:
2 H₂(g) + O₂(g) → 2 H₂O(l)        ΔH^o_r = -572 kJ
In der Brennstoffzelle wird elektrische Energie anstatt Wärme gebildet.

- Aufbau:

Anode:	H2 und inerte Elektrode*
Kathode:	O2 und inerte Elektrode*
Elektrolytlösung:	Kaliumnitrat (KNO3)

^{*palladinierte Nickeldrahtnetze (Palladium Pd wirkt als Katalysator)}

- Reaktion an den Elektroden: