Der Zink-Iod Akkumulator

von Daniel Lüert

Thema Energiespeicher
Klasse 9-10
Art Lehrerversuch
Schlagworte Batterie Elektrolyse Galvanische Zelle

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Ziel des Versuchs Anhang des Versuchs wird das Prinzip einer wiederaufladbaren Batterie demonstriert.

Vorbemerkung

Mit diesem Versuch wird SuS das Prinzip eines wieder aufladbaren Akku ́s demonstriert. Nach dem Laden des Akkumulator kann für kurze Zeit eine Spannung gemessen werden. Zusätzlich lässt sich ein Flügelmotor mit der bereitgestellten Energie betreiben.

Materialien

U-Rohr, zwei Kohleelektroden mit Krokodilklemmen und Kabelverbindung, Stromquelle, Flügelmotor, Multimeter

Chemikalien

1,5 g Zinkiodid, Wasser, Salzsäure-Lösung (2 mol/L)

Gefahrstoffe

Gefahrstoff	H-Sätze	P-Sätze
Zinkiodid	H314	P280, P305+P351+P338, P310
Iod	H332, H312, H400	–
Salzsäure 1 M	H290, H315, H319, H335	P261, P305+P351+P338
Zink gekörnt	H260, H250, H410	–

Durchführung

1, 5 g Zinkiodid werden in 50 mL Wasser gelöst und mit einigen Tropfen Salzsäure-Lösung angesäuert. Das U-Rohr wird mit der Zinkiodid-Lösung befüllt und mit zwei Graphit-Elektroden bestückt. Über Krokodilklemmen und einer Kabelverbindung werden beide Elektroden an eine Stromquelle angeschlossen. Anschließend wird eine Spannung von ca. 3 V angelegt und für 5 min elektrolysiert. Nach dieser Zeit wird die Stromquelle entfernt und ein Multimeter eingebaut und die Spannung abgelesen. Weiterhin kann zusätzlich ein Flügelmotor eingebaut werden.

Beobachtung

Während der Elektrolyse ist eine braune Färbung an einer Elektrode zu beobachten. Das Multimeter zeigt eine Spannung von ca. 1,3 V. Der Flügelmotor dreht sich nach dem Einbau.

Abbildungen

Abb. 1: Laden (links) und Entladen (rechts) des Zink-Iod-Akkumulators.

Deutung

Während der Elektrolyse entsteht an der Anode (Pluspol) elementares Iod. An der Kathode (Minuspol) werden Zink-Ionen zu elementaren Zink reduziert. Daraus ergeben sich folgende Gleichungen für den Ladeprozess:

Kathode (Reduktion): Zn²⁺_(aq) + 2e⁻ ⟶ Zn_(s) | E⁰ = −0,76V

Anode (Oxidation): 2I⁻_(aq) ⟶ I_2(s)+ 2e⁻ | E⁰ = 1,07V

Nach den Standardpotenzialen der Halbzellen könnte eine Spannung von E_ges = E_Red − E_Ox = 1,07 V − (−0,76 V) = 1,83 V erreicht werden. Allerdings wird hier nicht unter Standardbedingungen gearbeitet und es treten Widerstände am Elektrodenmaterial auf, sodass die Spannung im Versuch geringer ausfällt. Nach dem Ladeprozess kann ein Flügelmotor zwischen die beiden Elektroden geschaltet werden. Dabei bildet sich eine galvanische Zelle aus, bei welcher die umgekehrte Reaktion abläuft:

Kathode (Reduktion): I_2(s)+ 2e⁻ → 2I⁻_(aq)

Anode (Oxidation): Zn_(s) → Zn²⁺_(aq) + 2e⁻

Nach einiger Zeit kann stoppt der Flügelmotor und der Akkumulator kann durch eine Elektrolyse neu geladen werden.

Entsorgung

Iodhaltige Abfälle können mit Natriumthiocyanat-Lösung versetzt werden und anschließend im Schwermetallbehälter entsorgt werden.

Anmerkungen & Unterrichtsanschlüsse

Bei diesem Versuch muss eine Elektrolyse des Wassers verhindert werden, weshalb die Spannung nicht zu hoch gewählt werden sollte (ca. 2 bis 3 V). Dieser Versuch eignet sich sowohl als Einstieg aber auch als Anschluss an den Schülerversuch V2: „Die Luftbatterie“.

Literatur

D. Wiechoczek, Prof. Blumes Bildungsserver für Chemie, (2013): Versuch: Der reversible Zink-Iod-Akku als Modellversuch zum Zink-Brom-Akku mulator, abgerufen am 29.07.2016 unter: http://www.chemieunter richt.de/dc2/echemie/znjakkuv.htm