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In dieser Hausaufgabe werde ich der chemischen Stromerzeugung mit Hilfe von Akkumulatoren widmen. Insbesondere werde ich mich dabei mit dem Nickel - Eisen Akkumulator beschäftigen.
Was ist ein Akkumulator? Nachdem das Thema für meine Hausarbeit bekannt gegeben wurde, war die erste Frage, der ich nachgehen musste: "Was ist überhaupt ein Akkumulator?" Akkumulator (im Sprachgebrauch wird dieser kurz als Akku bezeichnet) bedeutet frei übersetzt Sammler und besteht aus Zellen, die aufgrund ihrer chemisch - physikalischen Eigenschaften in der Lage sind, elektrische Energie zu sammeln und wieder abzugeben. Akkumulatoren werden auch als "Sekundärzelle" bezeichnet, im Unterschied zur nichtaufladbaren Batterie, die als "Primärzelle" bezeichnet wird. Akkus gibt es in verschiedenen Größen, wobei diese Größen in Bezug auf die Anzahl der Zellen variieren. Experten unterscheiden folgende Fachbegriffe: Eine einzelne Zelle ist nach technischer Definition noch keine Batterie (bzw. Akku). Erst wenn man mehrere Zellen miteinander verknüpft, erhält man eine Batterie (Akku). Für die unterschiedlichen Anwendungen werden diese verknüpften Zellen zu einem Paket zusammengefasst und in einem gerätespezifischen Gehäuse untergebracht. Aufbau Eine Sekundärzelle besteht prinzipiell aus zwei Elektroden, zwischen denen eine chemische Reaktion stattfindet. Durch diese Reaktion wird elektrische Energie freigesetzt.
Es gibt eine positive und eine negative Elektrode, die je nach Technologie des Akkus unterschiedliche Materialien enthalten. Die beiden Elektroden werden durch einen Separator, der z.B. aus einer Art Schaumstoff besteht, gegeneinander isoliert, damit es nicht zu einem internen Kurzschluß kommen kann, durch den die elektrische Energie in Form von Wärme einfach verpuffen würde. Für eine elektrochemische Reaktion wird jetzt noch ein Elektrolyt benötigt, eine Flüssigkeit, die Leitsalze enthält. Diese befindet sich in der gesamten Zelle, also in den Elektroden und im Separator. Diese Flüssigkeit ist auch wieder abhängig von der jeweiligen verwendeten Akku -Technologie. Schließlich wird für den Akku noch ein Gehäuse benötigt, das aus Zellgefäß und Zelldeckel besteht.
Das Zellgefäß ist dabei zugleich der negative Pol, der Zelldeckel der positive Pol der wideraufladbaren Zelle. Heutzutage gibt es 3 weit verbreitete Technologien: den Nickel - Cadmium -, Nickel - Metallhydrid - und den Lithium - Ionen Akkumulator. Zelltypen Im Wesentlichen unterscheidet man zwischen zwei Zelltypen, nämlich zwischen den Rundzellen und den prismatischen Zellen. Die meisten wideraufladbaren Zellen werden als Rundzellen (auch Wickelzellen genannt) gebaut. Separator, positive - und negative Elektrode werden in Form von Streifen übereinander gelegt und aufgewickelt. Die Elektroden bieten bei dieser Bauweise die größtmögliche Oberfläche, was für kurze Ladezeiten und hohe Leistungsfähigkeit sorgt. Bei den prismatischen Zellen (eckigen Zellen) bestehen die Elektroden aus flachen Platten. Sie werden eigentlich nur in Geräten eingesetzt, die aufgrund des vorhandenen Raumes keine Rundzellen zulassen. Anwendungsgebiete Die Anwendungsgebiete von Akkumulatoren sind sehr vielfältig, da normale Batterien den Nachteil haben, dass sie nach dem Gebrauch nicht mehr regeneriert werden können. Aus unserem täglichen Leben sind Akkus nicht mehr wegzudenken. Im Folgenden möchte ich die wichtigsten Gebiete nennen, in denen mit Akkus gearbeitet wird. Haushalt Elektrische Dosenöffner, elektrische Zahnbürsten, elektrische Rasierapparate Videoequipment Tragbare Fernseher, tragbare CD - Player, Walkman Kommunikation Tragbare Telefone, Mobiltelefone, Notebooks Spielzeug Ferngesteuerte Autos, Flugzeuge etc. Andere Taschenlampen, medizinisches Material, Fotoapparate (Blitzlicht) Nickel - Eisen Zellen Aufbau Die aktiven Komponenten von einem geladenen Nickel - Eisen Akkumulator (im Folgendem kurz NiFe - Akku genannt) sind Nickelhydroxid in der positiven Elektrode und Eisenpulver, das "in einer perforierten Metalltasche fixiert ist" in der negativen Elektrode.
Dem Eisen kann "zur Erhöhung seiner Lebensdauer Quecksilberoxid oder Cadmiumoxid" zugesetzt sein. Der Ausgangsstoff für die Elektrodenmasse ist also eine Mischung aus Eisen und Eisenoxid, um genau zu sein Fe3O4. Der Elektrolyt besteht aus einer 31% Kalilauge (KOH). Reaktionen in der Zelle Bei der Entladung des NiFe - Akkus laufen folgende Reaktionen an den Elektroden ab: In Worten formuliert kann man sagen, dass Eisen zu Eisenhydroxid oxidiert und Nickeloxidhydroxid zu Nickelhydroxid reduziert. Die Pfeile bedeuten, dass bei der Ladung des Akkumulators die Reaktion in umgekehrter Richtung abläuft. Anwendung Zeitweise wurde der Nickel - Eisen Akkumulator als Alternative zum Nickel - Cadmium Akku gesehen. Die größten Vorteile gegenüber des NiCd - Akkus liegen in der großen Lebensdauer und in der Zyklenfestigkeit.
Außerdem liegen die Kosten von Eisen unter denen von Cadmium. Ein letzter, besonders in der heutigen Zeit, sehr wichtiger Punkt ist, dass Eisen im Gegenteil von Cadmium umweltverträglich ist. Trotz all dieser positiven Aspekte hat der NiFe - Akku heutzutage keine praktische Bedeutung mehr, was vor allem an der starken Korrosion der Eisenelektrode und der damit verbundenen Gasung liegt. Abschließend kann man sagen, dass keine ausreichende Produktivität bei der Herstellung von Nickel - Eisen Akkumulatoren gegeben wäre.
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