Zusammensetzung der Alkalibatterie
Die Alkalibatterie, auch bekannt unter der IEC-Bezeichnung L, ist eine Art von Primärbatterie, die elektrischen Strom durch die elektrochemische Reaktion zwischen Zink und Mangandioxid (MnO2) in Gegenwart eines alkalischen Elektrolyten liefert. Der Name „Alkalibatterie“ stammt daher, dass sie anstelle des sauren Elektrolyten aus Ammoniumchlorid (NH4Cl) oder Zinkchlorid (ZnCl2), die in Zink-Kohle-Batterien verwendet werden, einen alkalischen Elektrolyten aus Kaliumhydroxid (KOH) verwendet.
Alkalibatterien sind ein weit verbreitetes Produkt und unerlässlich für den Betrieb vieler tragbarer Geräte wie Elektrowerkzeuge, Radios, Spielzeuge und Fernbedienungen. Die gängigste Größe der Alkalibatterie ist die bekannte AA-Batterie. Sie werden am häufigsten in tragbaren Geräten verwendet, die einen geringen Stromverbrauch haben, nur intermittierend genutzt werden oder weit entfernt von einer alternativen Stromquelle sind, wie in Alarm- und Kommunikationskreisen, wo anderer elektrischer Strom nur intermittierend verfügbar ist.
Aufbau der Alkalibatterie
Die Alkalibatterie besteht aus fünf Teilen:
- Innerer Stromsammler (Stift)
- Anode. Das aktive Material in der Anode ist Zn. Mit einem Standard-Elektrodenpotential (SEP) von -0,76 Volt wird Zink als Anodenmaterial für Batterien verwendet. (Das reaktivere Lithium (SEP -3,04 V) wird für Anoden in Lithiumbatterien verwendet.)
- Separator. Ein Separator ist eine durchlässige Membran, die zwischen der Anode und Kathode einer Batterie platziert wird. Beispielsweise ein nicht gewebter, faseriger Stoff, der die Elektroden trennt.
- Kathode. Das aktive Material der Kathode ist Mangandioxid. Die Hauptverwendung für MnO2 ist für Trockenzellenbatterien, wie die Alkalibatterie und die Zink-Kohle-Batterie.
- Elektrolyt. Als Elektrolyt in Alkalibatterien wird wässriges Kaliumhydroxid eingesetzt.
- Äußerer Stromsammler (Dose)
Funktionsweise der Alkalibatterie
Wie in der Abbildung gezeigt, machen die porösen Anode und Kathode die größten Teile der Batterie aus. Beide Elektroden bestehen aus Partikeln, wobei der Elektrolyt die Hohlräume der Elektrode füllt. Die elektrische Leistung der Zn-MnO2-Batterie stammt aus den elektrochemischen Reaktionen der aktiven Materialien der Kathode und Anode. Ein poröser Separator verhindert, dass die Kathode und Anode sich berühren. Die Funktion der beiden Stromsammler besteht darin, eine Verbindung zwischen der Batterie und dem äußeren Stromkreis herzustellen.
Die elektrochemische Reaktion in einer Alkalibatterie kann wie folgt dargestellt werden:
Zn + 2MnO2 + 2H2O → Zn(OH)2 + 2MnO(OH)
Diese Reaktion liefert die Energie, die für die Funktionsweise der Batterie notwendig ist.
