1.5V Batterien: Eine Einführung
Die Spannung elektrischer Batterien wird durch zwei Hauptfaktoren bestimmt: die Chemie der Materialien, die die positiven und negativen Elektroden in der elektrochemischen Reaktion bilden, sowie die Anzahl der Zellen. Batterien in Serie erzeugen eine Spannung, die der Anzahl der Batterien multipliziert mit der Spannung jeder einzelnen Batterie entspricht. Beispielsweise hat eine AA-Batterie dieselbe Spannung wie eine AAA-Batterie, sofern sie dieselbe Chemie aufweist.
Primärbatterien und ihre Chemie
1,5V Batterien sind in der Regel Primärbatterien, wie Alkaline-, Zink-Kohlenstoff- und Zink-Chlorid-Batterien. Die allgemeine Reaktion in diesen Batterien lautet Zn(s) + 2MnO2(s) ⇌ ZnO(s) + Mn2O3(s) [e° = +1.43 V]. Elektrische Batterien sind im Wesentlichen Quellen von Gleichstrom-Energie. Sie wandeln gespeicherte chemische Energie durch einen elektrochemischen Prozess in elektrische Energie um und ermöglichen so Ströme in elektrischen und elektronischen Schaltkreisen.
Arten von Primärbatterien
Es gibt drei Haupttypen von Primärbatterien:
- Alkaline-Batterien (Zink/Alkalisch/Mangandioxid): Diese Batterien werden durch die elektrochemische Reaktion zwischen Zink und Mangandioxid (MnO2) in Anwesenheit eines alkalischen Elektrolyten, Kaliumhydroxid (KOH), angetrieben.
- Zink-Kohlenstoff-Batterien: Auch als Leclanché-Zelle bekannt, diese traditionelle Allzweck-Trockenzelle erzeugt eine direkte elektrische Strömung aus der elektrochemischen Reaktion zwischen Zink und Mangandioxid.
- Zink-Chlorid-Batterien: Eine Verbesserung der Zink-Kohlenstoff-Zelle, bietet längere Lebensdauer und stabilere Spannungsausgabe.
Spannungserzeugung und Chemie von Alkaline-Batterien
Die Spannung elektrischer Batterien entsteht durch die Potentialdifferenz der Materialien, die die positiven und negativen Elektroden in der elektrochemischen Reaktion bilden. In einer Alkaline-Batterie ist das negative Elektrode Zink und das positive Elektrode hochdichtes Mangandioxid (MnO2). Der alkalische Elektrolyt, Kaliumhydroxid, wird während der Entladung nicht verbraucht. Die Halbreaktionen sind:
Zn(s) + 2OH−(aq) → ZnO(s) + H2O(l) + 2e− [Eoxidation° = +1.28 V]
2MnO2(s) + H2O(l) + 2e− → Mn2O3(s) + 2OH−(aq) [Ereduction° = +0.15 V]
Warum sind Alkaline-Batterien (AAA oder AA) 1,5V, während wiederaufladbare 1,2V haben?
Primärzellen (Einweg- oder Alkaline-Batterien) haben eine offene Kreisspannung von 1,5V bei frischer Zelle. Sekundärzellen (wiederaufladbare) aus NiMh oder NiCd haben eine offene Kreisspannung von 1,2V. Im Gebrauch sinkt die Spannung von Primärzellen allmählich, während Sekundärzellen eine gleichmäßigere Leistung erbringen.
Andere Batterietypen
Es gibt viele andere Batterietypen, die sich in Größe, Chemie und Anwendung unterscheiden. Hier sind einige Beispiele:
- AA, AAA, C, D, CR und LR Batterien
- Primärbatterien: Lithium-Metall, Silberoxid, Zink-Luft
- Sekundärbatterien: Lithium-Ionen, Lithium-Polymer, Blei-Säure
Die Wahl der Batterie hängt von der Anwendung ab, sei es für Unterbrechungsfreie Stromversorgung (USV), Elektroautos, Laptops oder Mobiltelefone.
