Ziel des Versuchs: Dieser Versuch soll einen einfachen Lithiumionen-Akkumulator simulieren
| Thema: Energiespeicherung | Tags: Lithiumionen-Akku, Akkumulator | Klassenstufen: 9-10 | Versuchsart: LV |
Materialien
Experimentierkoffer Lithiumionen-Akkumulator
oder alternativ: 2 Bechergläser (50 mL, 250 mL), Pasteurpipette, Magnetrührer, Rührfisch, Lüsterklemme, 2 Bleistiftminen, Spannungsquelle, Spannungsmessgerät, Kabel, Flügelmotor, Krokodilklemmen.
Chemikalien
Lithiumperchlorat, Propylencarbonat.
| Gefahrstoff | H-Sätze | P-Sätze | GHS |
|---|---|---|---|
| Lithiumperchlorat | Leider in der Datenbank nicht gefunden - bitte nachschlagen! | ||
| Propylencarbonat | Leider in der Datenbank nicht gefunden - bitte nachschlagen! | ||
| Paraffin, dickflüssig | H319 | P305+P351+P338 |  |
Durchführung
Im 250 mL Becherglas werden in 40 mL Propylencarbonat 4,24 g Lithiumperchlorat gegeben und für einen vollständigen Lösungsvorgang für 20 Min. gerührt. Danach wird die Lösung in das 50 mL Becherglas gegeben und mit der Pasteurpipette mit dickflüssigem Paraffinöl überschichtet (Luft- und Wasserausschluss). Die beiden Bleistiftminen werden in der Lüsterklemme fixiert und in die Lösung gestellt. Zunächst wird der Lithiumionenakku für 5 Minuten bei 4,5 V geladen. Danach wird ein Spannungsmessgerät oder ein Flügelmotor in Reihe geschaltet.
Beobachtung
Die Spannung beträgt ca. 3,6 V, der Flügelmotor dreht sich für ca. 20 Sekunden.
Deutung
Beim Laden interkalieren die Perchlorat- und Lithium-Ionen in die Graphitelektroden. Beim Entladen diffundieren die Ionen wieder in Lösung.
Es laufen folgende Reaktionen ab, wobei die Hinreaktion den Entladevorgang darstellt und die Rückreaktion den Ladevorgang:
Minuspol: Cn + x Li+ + x e- ⇄ Li+xCn-
Pluspol: LiMn+III O2 ⇄ Li1-xMn+IV O2 + x e- + x Li+
Gesamt: LiMn+III O2 + Cn ⇄ Li1-xMn+IV O2 + Li+xCn-
Entsorgung
Das Paraffinöl und das Propylencarbonat werden in den Sammelbehälter für organische Lösungsmittel gegeben. Die Graphitelektroden werden nicht wieder verwendet und in den Feststoffabfall gegeben.
Anmerkungen & Unterrichtsanschlüsse: Achtung: Der Akkumulator darf auf keinen Fall austrocknen, da sonst Lithiumperchlorat ausfällt, das hoch explosiv ist. Aufgrund der Komplexität sollten die Reaktionsgleichungen in der Mittelstufe ausgelassen werden.
Literatur
Prof. Dr. M. Oetken: Experimentierkoffer Lithium-Ionen-Akkumulator 2012.
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