Ziel des Versuchs: Dieser Versuch zeigt deutlich, dass Batterie-Systeme aus unterschiedlichen Materialien zusammengesetzt sein können und trotzdem immer wieder nach dem gleichen Prinzip zu verstehen sind.
| Thema: Batterien und Akkus | Tags: Alkali-Mangan-Batterie | Klassenstufen: 11-12 | Versuchsart: LV |
Materialien
Stativ mit Klemme und Muffe, kleines Becherglas, Filterpapier, Pasteurpipette, Reagenzglasklammer, Voltmeter, Kabel, Krokodilklemmen
Chemikalien
Kalilauge 1 M, Mangandioxid (MnO2), Zinkblech-Elektrode, Eisenblech-Elektrode
| Gefahrstoff | H-Sätze | P-Sätze | GHS |
|---|---|---|---|
| Kalilauge 1 M | H302-H314 | P280-P305+P351+P338-P310 |   |
| Mangandioxid | H332-H302 | -- | |
Durchführung
Die Elektroden werden blank geschmirgelt. In einem Becherglas wird eine Mischung aus 1 mL Kalilauge und 1,5 g Mangandioxid angefertigt. Die Eisenelektrode wird dünn mit der Mischung bestrichen. Darauf wird eine Lage des Filterpapiers gelegt, welches mit Kalilauge getränkt wird. Hierauf wird eine Zinkelektrode platziert. Es ist sinnvoll, beide Elektroden im 90° Winkel aufeinander zu legen, um die Krokodilklemmen gut befestigen zu können. Die Batterie wird mit einer Klemme zusammengehalten und in ein Stativ gespannt. Die Spannung wird gemessen.
Beobachtung
Nach Schließen des Stromkreises kann eine Spannung von ca. 1,5 V abgelesen werden (Manchmal muss der Versuch mehrere Male ausprobiert werden, da die Dicke der Manganoxid-Schicht entscheidend ist.)
Deutung
Die Alkali-Mangan-Batterie müsste treffender als Zink-Manganoxid-Batterie beschrieben werden. Die Anode (negativer Pol) besteht aus Zink während das Mangandioxid die Kathode (positiver Pol) darstellt. Die Kalilauge dient dem System einzig als Elektrolyt. Bei der Entladung wird an der Anode Zink oxidiert.
Reaktionen:
| Anode: | Zn + 4 OH- → [Zn(OH)4]2- + 2 e- |
| Kathode: | MnO2 + H2O + e- → 2 MnO(OH) + OH- |
| Gesamtgleichung: | Zn + 2 MnO2 +2 H2O +2 OH- → [Zn(OH)4]2- + 2 MnO(OH) |
(Um die Reaktion zu vereinfachen, kann das Zink im Zinkkomplex auch als einfaches Ion dargestellt werden.)
Entsorgung
Die Entsorgung erfolgt über den gesonderten Feststoffabfall.
Anmerkungen & Unterrichtsanschlüsse: Nach der Vorstellung verschiedener Batterie-Systeme kann in einem nächsten Schritt auf Akkumulatoren eingegangen werden. Hierzu bietet es sich an, zunächst die Begrifflichkeiten Überspannung und Zersetzungsspannung zu thematisieren. Daraufhin können verschiedene Akkumulatoren vorgestellt und verglichen werden.
Literatur
Prof. Blume, http://www.chemieunterricht.de/dc2/echemie/alkmanv.htm (zuletzt aufgerufen am 3.8.16 um 20:02 Uhr)
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