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In dieser Hausaufgabe werde ich mich der chemischen Stromerzeugung mit Hilfe von Akkumulatoren widmen.
Insbesondere werde ich mich mit dem Nickel-Eisen-Akkumulator befassen.
Was ist ein Akkumulator?
Akkumulator (im Sprachgebrauch wird dies kurz Akkumulator genannt) bedeutet frei übersetzter Kollektor und besteht aus Zellen, die aufgrund ihrer chemisch-physikalischen Eigenschaften elektrische Energie sammeln und abgeben können. Akkumulatoren werden im Gegensatz zur nicht wiederaufladbaren Batterie, die als “Primärzelle” bezeichnet wird, auch als “Sekundärzellen” bezeichnet (Eine Primärzelle ist eine Batterie, die dazu bestimmt ist, einmal verwendet und entsorgt zu werden, und nicht mit Strom aufgeladen und wie eine Sekundärzelle wiederverwendet wird). “. Die Batterien sind in verschiedenen Größen erhältlich, diese Größen variieren in Abhängigkeit von der Anzahl der Zellen. Experten unterscheiden die folgenden Fachbegriffe: Eine einzelne Zelle ist noch keine Batterie (oder wiederaufladbare Batterie) nach technischer Definition. Nur wenn mehrere Zellen miteinander verbunden sind, kann eine Batterie erhalten werden. Für die verschiedene Anwendungen, werden diese verknüpften Zellen zu einem Paket kombiniert und untergebracht in ein gerätespezifisches Gehäuse.
Eine Sekundärzelle besteht im Wesentlichen aus zwei Elektroden, zwischen denen eine chemische Reaktion (Eine chemi
sche Reaktion ist ein Prozess, der zur Umwandlung eines Satzes von chemischen Substanzen in einen anderen führt) stattfindet. Bei dieser Reaktion wird elektrische Energie freigesetzt. Es gibt eine positive und eine negative Elektrode, die je nach Technologie der Batterie unterschiedliche Materialien enthalten. Die beiden Elektroden sind durch einen Separator voneinander isoliert, der beispielsweise aus einer Art Schaumstoff besteht, so dass ein interner Kurzschluss (A-Kurzschluss ist ein elektrischer Stromkreis, der es einem Strom ermöglicht, sich auf einem unbeabsichtigten Weg ohne oder mit einer sehr niedrigen elektrischen Impedanz zu bewegen) nicht auftreten kann, der die elektrische Energie einfach in Form von Wärme deflagrieren würde. Für eine elektrochemische Reaktion (Elektrochemie ist der Zweig der physikalischen Chemie , der die Beziehung zwischen Elektrizität als messbares und quantitatives Phänomen und identifizierbarer chemischer Veränderung untersucht, wobei entweder Elektrizität als Ergebnis einer bestimmten chemischen Veränderung betrachtet wird oder umgekehrt) ist ein Elektrolyt erforderlich, eine Flüssigkeit, die leitfähige Salze enthält. Diese befindet sich in der gesamten Zelle, d.h. in den Elektroden und im Separator. Diese Flüssigkeit hängt auch von der verwendeten Batterietechnologie ab. Schließlich wird für die Batterie ein Gehäuse bestehend aus Zellgefäß und Zellabdeckung benötigt. Das Zellgefäß ist gleichzeitig der Minuspol, der Zellendeckel der Pluspol der wiederaufladbaren Zelle (Eine wiederaufladbare Batterie, ein Akkumulator, eine Sekundärzelle oder ein Akkumulator ist eine Art elektrische Batterie, die aufgeladen, in eine Last entladen und viele Male wiederaufgeladen werden kann, während eine nicht wiederaufladbare oder primäre Batterie vollständig geladen geliefert und nach dem Entladen entsorgt wird). Heute gibt es 3 weit verbreitete Technologien: die Nickel-Cadmium-, Nickel-Metallhydrid-Batterie (A Nickel-Metallhydrid-Batterie, abgekürzt NiMH oder Ni-MH, ist eine Art wiederaufladbare Batterie) – und den Lithium-Ionen-Akku (Eine elektrochemische Zelle ist eine Vorrichtung, die entweder elektrische Energie aus chemischen Reaktionen erzeugen oder chemische Reaktionen durch die Einführung von elektrischer Energie erleichtern kann). Zelltypen werden im Wesentlichen in zwei Zelltypen unterteilt, nämlich Rundzellen und prismatische Zellen. Die meisten wiederaufladbaren Zellen sind als Rundzellen aufgebaut (auch Wickelzellen genannt). Separator, Positiv- und Negativ-Elektrode werden in Form von Streifen übereinander gelegt und aufgewickelt. Bei dieser Ausführung bieten die Elektroden eine größtmögliche Oberfläche, was für kurze Ladezeiten und hohe Leistung sorgt. Bei prismatischen Zellen (Winkelzellen) bestehen die Elektroden aus flachen Platten. Sie werden eigentlich nur in Geräten eingesetzt, die aus Platzgründen keine Rundzellen zulassen. Anwendungsgebiete Die Einsatzmöglichkeiten von Akkumulatoren sind sehr vielfältig, da normale Batterien den Nachteil haben, dass sie nach Gebrauch nicht mehr regeneriert werden können. Batterien sind aus unserem täglichen Leben nicht mehr wegzudenken.
Im Folgenden möchte ich die wichtigsten Bereiche nennen, in denen wiederaufladbare Batterien verwendet werden. Haushalt Elektrischer Dosenöffner, Elektrische Zahnbürsten, Elektrorasierer Videoausrüstung Tragbare Fernseher, Tragbare CD-Player, Walkmans Kommunikation Tragbare Telefone, Mobiltelefone, Notebooks Spielzeug Ferngesteuerte Autos, Flugzeuge etc. Die aktiven Komponenten eines geladenen Nickel-Eisen-Akkumulators (im Folgenden NiFe-Akkumulator genannt) sind Nickelhydroxid in der positiven Elektrode und Eisenpulver “fixiert in einer perforierten Metalltasche” in der negativen Elektrode. Eisen kann “Quecksilber (Quecksilber ist ein chemisches Element mit dem Symbol Hg und der Ordnungszahl 80) Oxid oder Cadmiumoxid (Cadmiumoxid ist eine anorganische Verbindung mit der Formel CdO) hinzugefügt haben, um seine Lebensdauer zu erhöhen”. Ausgangsmaterial für die Elektrodenmasse ist daher eine Mischung aus Eisen und Eisenoxid (Eisenoxid oder Eisenoxid ist die anorganische Verbindung mit der Formel Fe2O3), genauer gesagt Fe3O4. Der Elektrolyt (Ein Elektrolyt ist eine Substanz, die eine elektrisch leitende Lösung erzeugt, wenn sie in einem polaren Lösungsmittel, wie beispielsweise Wasser , gelöst ist) besteht aus einem 31%igen Kaliumhydroxid (Kaliumhydroxid ist eine anorganische Verbindung mit der Formel KOH und wird allgemein als Kalilauge bezeichnet) Lösung (KOH). In Worten, Eisen oxidiert zu Eisenhydroxid (Eisenoxide sind chemische Verbindungen, die sich aus Eisen und Sauerstoff zusammensetzen) und Nickeloxidhydroxid (Nickeloxidhydroxid ist die anorganische Verbindung mit der chemischen Formel NiO) reduziert sich auf Nickelhydroxid (Nickelhydroxid ist die anorganische Verbindung mit der Formel Ni2) . Die Pfeile bedeuten, dass beim Laden des Akkus die Reaktion in die entgegengesetzte Richtung erfolgt. Anwendung Manchmal wurde der Nickel-Eisen-Akku als Alternative zum Nickel-Cadmium (Die Nickel-Cadmium-Batterie ist eine Art wiederaufladbare Batterie mit Nickeloxidhydroxid und metallischem Cadmium als Elektroden) Akkumulator angesehen. Die größten Vorteile gegenüber NiCd-Akkus sind die hohe Lebenserwartung und die Zyklenfestigkeit. Darüber hinaus sind die Kosten für Eisen niedriger als die für Cadmium. Ein letzter Punkt, gerade in der heutigen Zeit, der sehr wichtig ist, ist, dass Eisen im Gegensatz zu Cadmium umweltfreundlich ist. Trotz all dieser positiven Aspekte ist die NiFe-Batterie heute keine praktische Bedeutung mehr, was vor allem auf die starke Korrosion der Eisenelektrode zurückzuführen ist (Eine Elektrode ist ein elektrischer Leiter, der dazu dient, mit einem nichtmetallischen Teil einer Schaltung (z.B.) Kontakt aufzunehmen und der damit verbundenen Vergasung. Abschließend lässt sich sagen, dass es bei der Herstellung von Nickel-Eisen-Akkumulatoren keine ausreichende Produktivität gäbe.