Batterie Alkaline
Eine alkalische Batterie ist eine Art von Primärbatterie, d. h. sie ist als Einwegbatterie konzipiert (kann nicht wieder aufgeladen werden). Sie funktioniert durch eine elektrochemische Reaktion zwischen Zink (Zn) und Mangandioxid (MnO₂). Der Name "alkalisch" kommt von der Verwendung eines alkalischen Elektrolyts, insbesondere Kaliumhydroxid (KOH), das eine effizientereeffizientere chemische Reaktionen ermöglicht als die sauren Elektrolyte, die in anderen Batterietypen wie Zink-Kohle-Batterien verwendet werden.
Struktur und Zusammensetzung
Eine alkalische Batterie besteht aus mehreren Grundbestandteilen:
- Die Anode (negative Elektrode): Sie besteht aus Zinkpulver, das reagiert und Elektronen erzeugt, die einen elektrischen Strom erzeugen.
- Die Kathode (positive Elektrode): Sie besteht aus Mangandioxid (MnO₂), das während der elektrochemischen Reaktion Elektronen aufnimmt.
- Der Elektrolyt: Als Elektrolyt wird Kaliumhydroxid (KOH) verwendet, das die Ionen zwischen Anode und Kathode leitet.
- Separator: Er verhindert den direkten Kontakt zwischen Anode und Kathode, um einen Kurzschluss zu vermeiden, ermöglicht aber auch die freie Bewegung der Ionen.
- Verpackung: Ein Metallgehäuse, in der Regel aus Stahl, das als Leiter und Schutz für den äußeren Teil der Batterie dient.
Funktionsprinzip
Eine Alkalibatterie funktioniert nach dem Prinzip der Oxidations-Reduktions-Reaktion (Redox-Reaktion), bei der chemische Reaktionen zwischen Anode und Kathode stattfinden, um Strom zu erzeugen.
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Das Zink wird an der Anode (Zinkelektrode) oxidiert:
Zn→Zn2++2e-\text{Zn} \rightarrow \text{Zn}^{2+}+2e^{-}Zink wird oxidiert und setzt Elektronen frei.
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Diese Elektronen wandern durch einen externen Stromkreis (z. B. ein Gerät) und erzeugen einen elektrischen Strom, der das Gerät mit Energie versorgt.
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Die Reduktion erfolgt an der Kathode (Manganoxid):
MnO2+H2O+2e-→MnO(OH)+OH-\text{MnO}_2 + H_2O + 2e^{-} \rightarrow \text{MnO(OH)} + OH^{-}Die Elektronen verbinden sich mit dem Mangandioxid und bilden das Hydroxid-Ion (OH-).
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Die Hydroxid-Ionen wandern durch den Elektrolyten und reagieren mit den Zink-Ionen zu chemischen Produkten, die in der Batterie verbleiben.
Diese elektrochemische Reaktion setzt sich fort, bis das gesamte Zink oder Mangan verbraucht ist, was bedeutet, dass die Batterie das Ende ihrer Lebensdauer erreicht hat.
Merkmale von Alkalibatterien:
- Spannung: Die typische Spannung einer einzelligen Alkalibatterie beträgt 1,5 V.
- Lange Lebensdauer: Alkalibatterien haben eine lange Lebensdauer bei geringer Stromaufnahme und können mehrere Jahre lang gelagert werden.
- Höhere Kapazität: Im Vergleich zu anderen Arten von Einwegbatterien (z. B. Zink-Kohle-Batterien) haben Alkalibatterien eine höhere Energiedichte, d. h. sie können mehr Strom liefern.
- Umweltaspekte: Obwohl Alkalibatterien keine Schwermetalle wie Quecksilber enthalten (moderne Versionen), stellen sie dennoch ein Entsorgungsproblem dar und sollten recycelt werden, um ihre Umweltauswirkungen zu minimieren.
Verwendungen
Alkalibatterien werden üblicherweise in einer Vielzahl von Geräten verwendet, die eine zuverlässige Energiequelle benötigen. Sie eignen sich für Fernbedienungen, Metalldetektoren, Spielzeug, Uhren, tragbare elektronische Geräte und andere Geräte mit niedrigem bis mittlerem Stromverbrauch.
Alkalibatterien sind wegen ihres günstigen Preises, ihrer Zuverlässigkeit und ihrer langen Lebensdauer sehr beliebt und daher der am häufigsten verwendete Batterietyp in der alltäglichen Unterhaltungselektronik.