Alkali Mangan Batterie
Wie eine Alkali Mangan Batterie funktioniert und wie sie von innen aufgebaut ist, erfährst du in unserem Video oder in unserem Beitrag!
Inhaltsübersicht
Was ist eine Alkali Mangan Batterie?
Eine Alkali-Mangan-Batterie, auch bekannt als Alkaline-Batterie, ist ein Energiespeicher. Daher wird sie häufig in verschiedenen elektronischen Haushaltsgeräten wie einer Fernbedienung verwendet. Du erkennst sie einfach an ihrer typischen zylindrischen Form mit einem Plus- und Minuspol an den Enden.
Die Alkali-Mangan-Batterie basiert auf einer chemischen Reaktion zwischen einem alkalischen Elektrolyten und einem Manganoxid. Bei der Reaktion findet ein Elektronenaustausch statt. Setzt du die Batterie in einen Stromkreislauf ein, entsteht so ein Stromfluss der Geräte betreiben kann.
Merke: Ein alkalischer Elektrolyt ist eine wässrige Lösung, die einen hohen pH-Wert aufweist und damit basisch ist.
Kathoden und Anoden sind Elektroden. Das sind leitfähige Materialien oder Oberflächen, die in einer Batterie eine Verbindung zu einem elektrischen Stromkreis herstellen.
- Anode: Die Anode ist der negative Pol, an dem der elektrische Strom den Stromkreis verlässt. In einer Batterie oder einem Akku ist sie der Teil, der Elektronen abgibt und oxidiert.
- Kathode: Die Kathode ist der positive Pol, an dem der elektrische Strom in den Stromkreis eintritt. In einer Batterie oder einem Akku ist sie der Teil, der Elektronen aufnimmt und reduziert.
Alkali Mangan Batterie — Aufbau
Die Alkali Mangan Batterie ist die klassische Batterie, die du im Supermarkt kaufen kannst. Von außen sieht sie wie ein runder Zylinder aus, jedoch befinden sich im Inneren weit mehr Bestandteile.
Ihre typische Struktur setzt sich aus folgenden Komponenten zusammen:
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Anodenbecher: Der Anodenbecher dient als die negative Elektrode (Anode) der Batterie und besteht aus Zink.
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Separator: Der Separator trennt die Anode von der Kathode, um einen Kurzschluss zu verhindern. Er besteht allerdings aus porösem, also durchlässigem, Material. Das ermöglicht den Durchtritt von Ionen zwischen den Elektroden.
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Kathodenmischung: Die Kathodenmischung bildet die positive Elektrode (Kathode) der Batterie. Sie besteht hauptsächlich aus Braunstein (Manganoxid) und anderen Zutaten wie Kohle oder Grafit. Die Kathodenmischung enthält auch den alkalischen Elektrolyten, normalerweise eine Lösung von Kaliumhydroxid (KOH) oder Natriumhydroxid (NaOH).
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Elektrolyt: Der Elektrolyt ist die alkalische Lösung, die den elektrischen Kontakt zwischen der Anode und der Kathode ermöglicht. Er unterstützt den Austausch von Ionen und den Fluss von Elektronen während des Entladeprozesses.
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Sammler: Der Sammler besteht aus einem leitfähigen Material und dient dazu, den Strom von der Kathode abzuleiten und ihn dem äußeren Stromkreis zur Verfügung zu stellen. In einer Alkali-Mangan-Batterie wird der Sammler oft als Teil der Kathodenmischung angebracht.
Aufgrund der Materialien bietet die Alkali Mangan Batterie eine zuverlässige und günstige Stromquelle. Da du sie jedoch nicht aufladen kannst, ist sie nicht besonders nachhaltig.
Alkali Mangan Batterie — Reaktion
Um die Energie der Alkali Mangan Batterie freizusetzen, muss eine Redoxreaktion stattfinden. Dabei gibt die Anode aus Zink Elektronen ab. Die Kathode aus Manganoxid nimmt diese dann auf.
Der Separator verhindert, dass die Elektronen auf direktem Weg zu dem Manganoxid gelangen. Sie müssen sich also einen anderen Weg suchen. Das ist der Stromkreislauf des Gerätes, in dem sich die Batterie befindet. Während die Elektronen von der Anode zur Kathode wandern, wird das Gerät von dem Elektronenfluss betrieben. Es entsteht ein elektrischer Strom.
Damit die Elektronen abgegeben und aufgenommen werden können, findet an der Anode und der Kathode eine chemische Reaktion statt.
Anode
Während des Entladevorgangs der Batterie findet an der Anode eine Oxidation des metallischen Zinks (Zn) statt. In diesem Prozess gibt das Zink zwei Elektronen ab und seine Oxidationszahl steigt von ±0 auf +II. Vereinfacht sieht die Reaktionsgleichung wie folgt aus:
Zn(s) → Zn2+(aq) + 2e−
So sieht die Gleichung aber nur in der Theorie aus. In der Praxis reagiert das Zink nicht einfach so, sondern mit den in der Batterie vorhandenen Hydroxidionen (OH–). Da zu Beginn der Entladung noch ein hoher Anteil der Ionen vorhanden ist, entsteht zunächst Zinkat (Tetrahydroxozinkat-Ion):
Zn(s) + 4 OH– → [Zn(OH)4]2-(aq) + 2e−
Je mehr sich die Batterie entlädt und je mehr Zinkat entsteht, desto mehr beginnt zunächst Zinkoxid (ZnO), und später auch Zinkhydroxid (Zn(OH)2) auszufallen.
Kathode
An der Kathode findet die Reduktion statt. Während des Entladevorgangs nehmen die Manganoxid-Partikel Elektronen und Protonen aus der Elektrolytlösung auf und bilden Manganoxidhydroxid (MnO(OH)). Dabei wird die Oxidationszahl des Mangans von +IV auf +III herabgesetzt. Die Reaktionsgleichung lautet:
2 MnO2 (s) + H2O (l) + 2e– → 2 MnO(OH) (s) + OH– (aq)
Diese Reaktion findet normalerweise immer statt. Unter einigen Bedingungen kann das Manganoxidhydroxid aber noch weiter reduziert werden.
Gesamtreaktion
Die Gesamtreaktion unter normalen Bedingungen sieht dementsprechend wie folgt aus:
Zn (s) + 2 MnO2 (s) + 2 H2O (l) + 2 OH– (aq) → [Zn(OH)4]2-(aq) + 2 MnO(OH) (s)
Fun Fact: Wie du sehen kannst, wird bei der Reaktion Wasser verbraucht. Von daher ist eine verbrauchte Alkali Mangan Batterie trocken. Deshalb wird sie auch oft als trockene Batterie bezeichnet.
Verwendung und Problematik der Alkali Mangan Batterie
Die Alkali Mangan Batterie begegnet dir überall im Alltag. So ist sie in vielen tragbaren elektronischen Geräten und Haushaltsgeräten wie Fernbedienungen, Rauchmeldern und Taschenlampen zu finden. Aber auch in der Industrie findet sie Verwendung. Dort ist sie in Messgeräten, Sensoren und sogar in Sicherheitssystemen im Einsatz.
Obwohl Alkaline Batterien weit verbreitet und nützlich sind, gibt es auch einige Problematiken im Zusammenhang mit ihrer Verwendung.
Problematiken der Alkali Mangan Batterie:
Da die Alkaline Batterie eine Einwegbatterie ist und so nach dem Gebrauch nicht erneut aufladbar ist, entsteht viel Abfall. Das hat Auswirkungen auf die Umwelt. Vor allem die unsachgemäße Entsorgung kann zu großen Umweltschäden führen. Die Batterie enthält nämlich schädliche Chemikalien wie Quecksilber und Blei.
Außerdem entsteht bei Alkali Mangan Batterien durch Zeit und Umwelteinflüsse ein Kapazitätsverlust. Die Batterien können im Laufe der Zeit ihre Kapazität verlieren, insbesondere wenn sie über einen längeren Zeitraum nicht verwendet werden. Auch bei niedrigen Temperaturen sinkt die Leistung.
Merke: Es ist wichtig, die Batterien gemäß den Anweisungen zu verwenden, sie richtig zu entsorgen und nachhaltige Alternativen wie wiederaufladbare Batterien in Betracht zu ziehen. So verringerst du die Umweltauswirkungen.
Alkali Mangan Batterie — häufigste Fragen
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Was sind Alkaline Batterien?
Alkaline-Batterien (Alkali Mangan Batterien) sind Einwegbatterien, die häufig in elektronischen Geräten wie Fernbedienungen, Taschenlampen, Spielzeugen und anderen tragbaren Geräten verwendet werden. Sie gehören zur Kategorie der Primärbatterien, was bedeutet, dass sie nicht wiederaufladbar sind.
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Kann ich Alkaline Batterien aufladen?
Nein, Alkali-Mangan-Batterien sind in der Regel nicht wiederaufladbar. Sie sind für den Einmalgebrauch konzipiert. Diese Art von Batterien wird oft als Alkaline-Batterien bezeichnet und ist die am häufigsten verwendete Art von Einwegbatterien.
Lithium Ionen Akku
Jetzt weißt du alles über die Alkali Mangan Batterie. Es gibt aber auch Batterien, die wieder aufgeladen werden können. Die bekannteste davon ist der Lithium Ionen Akku. Wieso du ihn wieder aufladen kannst, und wie er aufgebaut ist, erfährst du in unserem Video zu dem Thema. Bis gleich!
