Aspekte rund um die Zink-Kohle-Batterie. Zur Arbeit mit dieser Mappe

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1 Aspekte rund um die Zink-Kohle-Batterie Zur Arbeit mit dieser Mappe Das Inhaltsverzeichnis liefert einen Überblick über mögliche Herangehensweisen an das Thema und die dazu bereitgestellten Hilfen. Die Mappe enthält Arbeitsblätter und Informationsmaterial und ist in die Bereiche rundlagen, Vertiefung und Hintergrund unterteilt. Zu den meisten Inhalten gibt es beim Lehrer zusätzliche Arbeitsblätter (im Inhaltsverzeichnis durch einen gekennzeichnet), welche der Kontrolle der eigenen Arbeit dienen oder zusätzliche Informationen enthalten. Alle verfügbaren Materialien sind im Inhaltsverzeichnis aufgeführt. Auf jedem Arbeitsblatt ist unten zudem verzeichnet, welche weiteren Materialien sich anschließen. Die Aufgaben auf jedem Arbeitsblatt sind als Hilfen zu verstehen, die ein Herangehen an das Thema erleichtern sollen. Nicht alle vorgestellten Aspekte müssen behandelt werden! rundanforderung für jede ruppe ist die Behandlung je eines Aspektes aus den Teilbereichen rundlagen, Vertiefung und Hintergrund. Der est kann freiwillig bearbeitet werden. Darüber hinaus ist es auch möglich, eigene Fragestellungen in die ruppe einzubringen und zu erarbeiten. Jede ruppe kann sich die Arbeit frei einteilen, am nde müssen in einer räsentation die rgebnisse den anderen ruppen vorgestellt werden alternativ kann die CD bearbeitet werden. s reicht aber aus, wenn pro ruppe die rgebnisse in einer Mappe vollständig geführt werden. Im Laufe der ruppenarbeit sollte jede(r) mindestens einmal das intragen übernehmen. Jede ruppe erstellt zudem für jeden Arbeitstag als Hausaufgabe ein rotokoll, welches in der Mappe mitabgeheftet wird. In diesem rotokoll sollen neben den herausgearbeiteten rgebnissen auch Schwierigkeiten jeglicher Art (z.b. Verständnisschwierigkeiten, fehlende eräte, mangelnde Absprachen etc.) auf dem Weg zum Ziel festgehalten werden. Diese rotokolle erleichtern später eine Analyse der eigenen Arbeit. Nach der räsentation der rgebnisse und der eflexion der Arbeit wird eine vollständige Mappe samt den rotokollen abgegeben. Die folgende Checkliste ist als Hilfe für die Organisation der ruppenarbeit gedacht. Checkliste für die ruppenarbeit. Sichtung des Materials 2. Welche Inhalte wollen wir aus der Mappe behandeln? ibt es Fragestellungen, die uns darüber hinaus interessieren? 3. inigung auf ein vorläufiges Konzept, welches die zu behandelnden Inhalte festlegt. Halten sie die ausgewählten Fragestellungen in den Zeilen unter dem Inhaltsverzeichnis fest. 4. Wer übernimmt welche Aufgabe? Woher erhält man eventuell zusätzliche Informationen. 5. rstellung eines Zeitplanes für die Bearbeitung der einzelnen Aspekte 6. Vorstellung des Konzepts 7. rarbeitung der Inhalte Hinterfragen sie zwischendurch, ob der jeweilige Teilaspekt, an dem sie arbeiten, für eine räsentation schon hinreichend erschlossen ist oder nicht. 8. Vorbereitung der räsentation 9. räsentation und um die Zink-Kohle-Batterie Seite - -

2 Inhaltsverzeichnis. rundlagen rundlage : Aufbau und Funktion einer Zink-Kohle-Batterie Blatt Versuch : Zerlegung einer Zink-Kohle-Batterie Versuchsvorschrift Blatt 2 Querschnitt durch eine Zink-Kohle-Batterie Kontrolle zu Blatt Blatt 3 Funktionen der einzelnen Komponenten Kontrolle/Information rundlage 2: Aufbau und Funktion einer Zink-Kohle-Batterie Blatt 4 Versuch 2: Nachbau einer Zink-Kohle-Batterie Versuchsvorschrift Blatt 5 Auswertung des Versuchs - eaktionen in der Batterie Kontrolle/Informationen Blatt 6 Lösung zu Blatt 5 oder 8 Kontrolle Blatt 7 Querschnitt durch eine Zink-Kohle-Batterie Information Blatt 8 Auswertung des Versuchs 2 (Versuch bekannt) Kontrolle/Anregungen 2. Vertiefung Vertiefung : Aufladbarkeit einer Zink-Kohle-Batterie Blatt 9 Ist eine Zink-Kohle-Batterie aufladbar? Anregungen Blatt 0 Versuch 3: Aufladen einer Zink-Kohle-Batterie Veranschaulichung Vertiefung 2: Verschiedene Batteriearten Blatt Verschiedene Arten eines Batterietyps Information 3. Hintergrund Hintergrund : Zahlen zur Zink-Kohle-Batterie und anderen Batterien Hintergrund 2: mgang mit Zink-Kohle-Batterien Hintergrund 3: Historischer Hintergrund: Die ersten Zink-Kohle-Batterien Hintergrund 4: Montage und Aufbau einer Zink-Kohle-Batterie ewählte Inhalte: und um die Zink-Kohle-Batterie Seite -2 -

3 rundlage Zerlegung einer Zink-Kohle-Batterie Blatt Vorabüberlegungen: Betrachten sie zunächst die Batterie. Stellen sie begründete Vermutungen über die Bestandteile und deren Anordnung in der Batterie aufgrund ihrer Kenntnisse über andere elektrochemische Spannungsquellen auf und halten sie die Vermutungen stichpunktartig fest. Versuchsvorschrift: ntersuchung einer Zink-Kohle-Batterie eräte: 2 Kabel, Voltmeter, Küchenmesser, Seitenschneider, inzette, Metallsäge, Schraubzwingen, niversalindikatorpapier; Schraubstock Sicherheitsaspekte: Schutzbrille und Handschuhe tragen Arbeitsplatz mit Zeitungspapier auslegen Durchführung:. Messen sie die Spannung der Zink-Kohle-Batterie. Bestimmen sie die Lage von + und - ol unter Verwendung des Voltmeters. 2. ntfernen sie die beiden äußeren Hüllen der Batterie. Handschuhe und Schutzbrille tragen! 3. Fixieren sie die Batterie und sägen sie sie in Längsrichtung auf. Arbeitsplatz mit Zeitungspapier auslegen! 4. Testen sie den ph-wert der verschiedenen Komponenten mit angefeuchtetem niversalindikatorpapier. ntsorgung: Die einzelnen Komponenten bis zur räsentation in einer Kunststofftüte aufbewahren. Informieren, wo eine örtliche Batteriesammelstelle ist und Batterien dort abgeben. Aufgaben:. Beschreiben sie stichwortartig die Bestandteile der Batterie sowie deren Anordnung. 2. Fertigen sie eine Querschnittszeichnung der Batterie an. 3. Versuchen sie den einzelnen Bestandteilen in der Skizze die nachfolgenden Bezeichnungen zuzuordnen: Kohlestift; Asphaltdichtung; Zinkwanne; Mangandioxid-raphit-Mischung; Isolator, lektrolyt Ziehen sie dazu ihre bisherigen Kenntnisse bzw. ihre Vorabüberlegungen zu ate. Zusätzliches Material Zweck Blatt 2: Querschnitt einer Zink-Kohle-Batterie mit Komponenten Kontrolle Information und um die Zink-Kohle-Batterie Seite -3 -

4 rundlage Querschnitt durch eine Zink-Kohle-Batterie Blatt 2 Die wichtigsten Bestandteile einer Zink-Kohle-Batterie im Querschnitt Quelle: W. Baumann und A. Muth, Batterien, Berlin 997 Aufgabe:. Vergleichen sie den Querschnitt der Zink-Kohle-Batterie mit ihrer Skizze. Diskutieren sie nterschiede und emeinsamkeiten. 2. Überlegen sie, welche Funktion die einzelnen Bestandteile haben könnten. Notieren sie ihre Vermutungen in Form einer Tabelle. 3. Überlegen sie, welcher Bestandteil der Batterie reduziert und welcher oxidiert wird. Zusätzliches Material Zweck Blatt 3: Funktion der einzelnen Komponenten in einer Zink-Kohle-Batterie Kontrolle Info und um die Zink-Kohle-Batterie Seite -4 -

5 rundlage Funktionen der einzelnen Komponenten Blatt 3 Die Zink-Kohle-Batterie Die Zink-Kohle-Batterie, nach ihrem ntwickler auch Leclanché-lement genannt, ist heutzutage wir folgt aufgebaut: Der Minuspol wird von einem Zinkbecher gebildet. Dieser diente lange Zeit gleichzeitig als Behälter der Zelle. m die Auslaufsicherheit der Batterie zu erhöhen, wird sie heute zusätzlich von einem Stahlmantel umgeben. Stahlmantel und Zinkbecher werden durch eine Hülse aus Isoliermaterial voneinander getrennt. in reßkörper aus Mangandioxid (Braunstein), in dessen Mitte sich ein Kohlestift befindet, bildet den luspol. Der Kohlestift dient der lektronenzuführung, Kohlenstoff nimmt aber nicht an der elektrochemischen eaktion teil. Der luspol ist an seinem oberen nde mit einer Kappe versehen, die zum einen für einen besseren Kontakt sorgt, zum anderen einen Teil der Batteriehülse darstellt. Da Braunstein selbst nur eine sehr geringe Leitfähigkeit besitzt, wird dem reßkörper raphit zugesetzt, um für eine für eine gute Weiterleitung der lektronen vom Kohlestift zu sorgen. Die Kathode wird am Boden durch eine Bodenscheibe vom Zinkbecher getrennt. An den Seiten verhindert die lektrolytlösung den direkten Kontakt zum Zinkbecher und somit den Kurzschluß der Batterie. Als lektrolyt wird in der Zink-Kohle-Batterie eine wässrige Ammoniumchlorid-Lösung mit etwas Zinkchlorid eingesetzt, die mit Stärke eingedickt wurde. Das Zinkchlorid ist eine Substanz, die Wasser binden kann. In neueren Zink-Kohle-Batterien nimmt die lektrolytlösung eine geringen latz ein. Häufig tritt an ihre Stelle eine Hülse aus apier oder Kunststoffvlies, Separator genannt, welche mit dem lektrolyt getränkt ist. Die Braunstein-raphit-Mischung ist dann auch mit lektrolytlösung getränkt und der resskörper hat ein größeres Volumen als oben beschrieben. Diese Anordnung bietet zwei wesentliche Vorteile gegenüber dem alten Aufbau, bei dem die lektrolytpaste einen recht großen aum zwischen Anode und Kathode einnahm. Zum einen ist die ntfernung zwischen Anode und Kathode nun geringer. Damit ist der Weg, den die Ionen überwinden müssen kürzer und somit der Innenwiderstand der Zelle kleiner. Zum anderen kann eine größere Kathode eingesetzt werden, wodurch sich die Kapazität der Batterie erhöht. Zur oberen Isolierung der Batterie dient ein paraffiniertes appscheibchen. Zwischen Kappe und appscheibchen befindet sich außerdem noch Vergussmasse, welche die Zelle luftdicht abschließt. An den lektroden laufen folgende eaktionen ab: Minuspol: Zn (s) Zn 2+ (aq) + 2e - luspol: 2 MnO 2 (s) + 2H 3 O + (aq) + 2e - 2MnO(OH) (s) + 2H 2 O (l) (Die Hydronium-Ionen stammen aus der schwach sauren Ammoniumchlorid-Lösung.) Aufgaben:. Lesen sie den Text und vergleichen sie die darin genannten Funktionen der einzelnen Komponenten mit der Tabelle, die sie angefertigt haben. Weitere Inforamtionen finden sie im Schulbuch. 2. Versuchen sie den Querschnitt der Batterie und die ablaufenden eaktionen in ein Schema mit zwei nebeneinander liegenden Halbzellen zu übertragen. Ordnen sie den Bestandteilen des Schemas ihr jeweiliges endant in der Batterie zu. 3. Überlegen sie, in welcher Form sie den Aufbau und die Funktion einer Zink-Kohle-Batterie den übrigen ruppen darstellen wollen. (s. auch Hintergrund 4). und um die Zink-Kohle-Batterie Seite -5 -

6 rundlage 2 Bau einer Zink-Kohle-Batterie Blatt 4 Versuchsvorschrift: Nachbau einer Zink-Kohle-Batterie eräte: Zinkblech, raphit-lektrode, xtraktionshülse, 2 Bechergläser (00 ml), Spannungsmessgerät, lasstab, kleiner lektromotor, Kabel, Krokodilklemmen Chemikalien Mangandioxid (MnO 2 ) Xn; 20/22; S 25, Ammoniumchlorid-Lösung, konz. (NH 4 Cl (aq)) Xn; 22-36, S 22, raphitpulver Sicherheitsvorschriften: Xn S 22 S 25 Tragen sie die Wortlaute für die efahrensymbole, - und S-Sätze ein, bevor sie mit dem Versuchsaufbau beginnen. efahrenhinweise (-Sätze) beachten, Sicherheitsratschläge (S-Sätze) befolgen! Schutzbrille tragen! Durchführung:. In einem Becherglas rührt man einen Brei aus Mangandioxid, Ammoniumchlorid, raphit und Wasser im Verhältnis 6:2:: an. 2. Den Brei gibt man in die xtraktionshülse und steckt in die Mitte die raphit-lektrode. 3. Die so gefüllte xtraktionshülse wird in ein Becherglas, zu einem Drittel gefüllt mit konzentrierter Ammoniumchlorid-Lösung, gestellt. In dasselbe Becherglas stellt man das Zinkblech. Nun wird die Spannung zwischen Zinkblech und raphit-lektrode gemessen. Danach wird an Stelle des Spannungsmessgerätes ein lektromotor in den Stromkreis geschaltet. ntsorgung: Material für spätere Versuche aufbewahren. Danach: lektrodenmaterial wässern, gut spülen und wiederverwenden. Mangandioxid/Ammoniumchlorid/raphit in den Behälter für anorganische Feststoffe geben. Ammoniumchlorid-Lösung im Abzug mit Natriumhydrogencarbonat (NaHCO 3 (aq)) versetzten, bis keine weitere asentwicklung zu beobachten ist, Lösung danach in den Abguss geben und mit viel Wasser nachspülen. Aufgaben:. Halten sie die Beobachtungen stichpunktartig fest. 2. Skizzieren sie die Apparatur. 3. Kennzeichnen sie in ihrer Skizze den Weg des lektronenflusses. Wo finden Oxidation bzw. eduktion statt? 4. Sollten sie Versuch schon durchgeführt haben, dann fahren sie mit Blatt 8 fort. Zusätzliches Material Zweck Blatt 5: Auswertung des Versuchs - eaktionen in der Batterie Informationen Auswertung Blatt 8: Auswertung des Versuchs - eaktionen in der Batterie (Versuch bekannt) Informationen Auswertung und um die Zink-Kohle-Batterie Seite -6 -

7 rundlage 2 Auswertung des Versuchs - eaktionen in der Batterie Blatt 5 Auswertung des Versuchs: Hintergrundinformationen: Die nachgebaute Zink-Kohle-Batterie, nach ihrem ntwickler auch Leclanché-lement genannt, ist eine galvanische Zelle, in deren Halbzellen im Betrieb folgende eaktionen ablaufen: Am Minuspol wird Zink oxidiert, Zink-Ionen gehen in den lektrolyten über: Zn (s) Zn 2+ (aq) + 2e - Die eaktionen am luspol sind komplizierter Letztlich wird Mangandioxid (MnO 2 (s)) zu Mangangoxidhydroxid (MnO(OH) (s)) reduziert, dazu werden Hydronium-Ionen (H 3 O + (aq)) gebraucht und Wasser entsteht. MnO 2 (s) + H 3 O + (aq) + e - MnO(OH) (s) + H 2 O (l) Die Kohleelektrode nimmt nicht an der eaktion teil, sondern dient lediglich zum Ableiten der lektronen. Skizze der Zelle: Aufgaben. Vervollständigen sie die Skizze, indem sie die lektroden beschriften, die eaktionen eintragen und den Weg der lektronen kennzeichnen. Zusätzliches Material Zweck Blatt 6: Lösung zu Blatt 5 Kontrolle Aufgaben und um die Zink-Kohle-Batterie Seite -7 -

8 rundlage 2 Lösung zu Blatt 5 bzw. 8 Blatt 6 Skizze der Zelle: Zinkanode Mangandioxidkathode 2e - Zn Zn 2+ 2H 3 O + 2MnO 2 2e - 2H 2 O 2MnOOH Aufgaben. Vergegenwärtigen sie sich noch einmal, wie Spannung und Stromfluss zustande kommen. 2. Warum gibt man zum Braunstein ( Trivialname für Mangandioxid) raphitpulver zu? Zusätzliches Material Blatt 7: Querschnitt einer Zink-Kohle-Batterie Information Zweck und um die Zink-Kohle-Batterie Seite -8 -

9 rundlage 2 Querschnitt einer Zink-Kohle-Batterie Blatt 7 Quelle: W. Baumann und A. Muth, Batterien, Berlin 997 Aufgaben:. Versuchen sie den Bestandteilen der Zink-Kohle-Batterie ihre jeweilige Funktion zuzuordnen. Verwenden sie dazu die Auswertung des Versuches Überlegen sie, in welcher Form sie den Aufbau und die Funktion einer Zink-Kohle-Batterie den übrigen ruppen darstellen wollen. (s. auch Hintergrund 4). und um die Zink-Kohle-Batterie Seite -9 -

10 rundlage 2 Auswertung des Versuchs 2 Blatt 8 eaktionen in der Zink-Kohle-Batterie: Aufgaben. Vervollständigen sie die Skizze anhand ihres Vorwissens, indem sie die dukte und rodukte eintragen und den Weg der lektronen kennzeichnen. 2. Vergleichen sie die Skizze mit dem Querschnitt durch eine Batterie. Ordnen sie die einzelnen Bestandteile einander zu. 3. Deuten sie die von ihnen im Versuch gemachten Beobachtungen mit Hilfe der Skizze (gemessene Spannung, Verhalten des lektromotors). 4. Warum gibt man zum Braunstein ( Trivialname für Mangandioxid) raphitpulver zu? Zusätzliches Material Zweck Blatt 6: Lösung zu Blatt 5 oder 8 Kontrolle und um die Zink-Kohle-Batterie Seite -0 -

11 Vertiefung Aufladbarkeit einer Zink-Kohle-Batterie Blatt 9 Ist ein Zink-Kohle-Batterie wieder aufladbar? Betrachten sie zunächst eine beliebige Zink-Kohle-Batterie und studieren sie die Hinweise des Herstellers. Hintergrund: m die obenstehende Frage zu beantworten muss man sich vor Augen führen, was beim Laden einer Batterie geschehen würde. Man würde eine leichspannung an die ole der Batterie anlegen, und zwar genau entgegengesetzt der olung der Batterie. Läßt man auf diese Weise einen Strom durch die Zelle fließen, würden die eaktionen an den lektroden umgekehrt ablaufen und die Ausgangsstoffe an den lektroden wieder hergestellt werden. Danach könnte die Batterie erneut als Spannungsquelle und Stromlieferant dienen. Dieses rinzip der erzwungenen Oxidation und eduktion mit Hilfe des elektrischen Stroms nennt man lektrolyse. Wir haben es im nterricht bisher noch nicht ausführlich besprochen, das Verfahren ist ihnen aber aus der Mittelstufe bekannt. Die Zersetzung von Wasser in Wasserstoff und Sauerstoff mit Hilfe des elektrischen Stroms ist nichts anderes. Nun sprechen aber mehrere ründe dagegen, die Zink-Kohle-Batterie durch eine lektrolyse wieder aufzuladen. Zum einen werden die Zink-Ionen aus der Lösung zwar wieder zu elementarem Zink reduziert. Allerdings scheidet sich das Zink nicht wieder gleichmäßig an der Zinkelektrode ab, sondern bildet lanzenförmige Zinkkristalle (Dendriten), die interne Kurzschlüsse hervorrufen können. in weiterer rund sollte ihnen klar werden, wenn sie überlegen, welche Stoffe in welchen Aggregatzuständen möglicherweise entstehen, wenn eine wässrige Lösung elektrolysiert wird. Aufgaben:. Ist das Aufladen einer Zink-Kohle-Batterie möglich? Begründen sie ihre Ausführungen. 2. Warum warnen Hersteller davor, Zink-Kohle-Batterie aufzuladen? Nennen sie mögliche efahren dieses Ladevorgangs. Zusätzliches Material Blatt 0: Versuch der Wiederaufladung einer nachgebauten Zink-Kohle-Batterie und um die Zink-Kohle-Batterie Seite - - Zweck Veranschaulichung

12 Vertiefung Aufladbarkeit einer Zink-Kohle-Batterie Blatt 0 Versuchsvorschrift: Aufladen einer Zink-Kohle-Batterie Hinweis Sollten sie Versuch 2 schon durchgeführt haben, verwenden sie die dort gebaute Batterie erneut und beginnen sie die Durchführung mit unkt 4. eräte: Zinkblech, raphit-lektrode, xtraktionshülse, 2 Bechergläser (00 ml), lasstab, Kabel, Krokodilklemmen, leichstromquelle. Chemikalien Mangandioxid (MnO 2 ) Xn; 20/22; S 25; Ammoniumchlorid-Lösung, konz. (NH 4 Cl (aq)) Xn; 22, 36, S 22; raphitpulver Sicherheitsvorschriften: Xn S 22 S 25 Tragen sie die Wortlaute für die efahrensymbole, - und S-Sätze ein, bevor sie mit dem Versuchsaufbau beginnen. efahrenhinweise (-Sätze) beachten, Sicherheitsratschläge (S-Sätze) befolgen! Schutzbrille tragen! Durchführung:. In einem Becherglas rührt man einen Brei aus Mangandioxid, Ammoniumchlorid, raphit und Wasser im Verhältnis 6:2:: an. 2. Den Brei gibt man in die xtraktionshülse und steckt in die Mitte die raphit-lektrode. 3. Die so gefüllte xtraktionshülse wird in ein Becherglas, zu einem Drittel gefüllt mit konzentrierter Ammoniumchlorid-Lösung, gestellt. In dasselbe Becherglas stellt man das Zinkblech. 4. Verbinden sie den Minuspol der leichstromquelle mit der Zinkelektrode und den luspol mit der raphit-lektrode. 5. Stellen sie die Spannung auf 3V ein und schalten sie den Strom für etwa 30 s ein. Danach entfernen sie die Stromquelle wieder ntsorgung: lektrodenmaterial wässern, gut spülen und wiederverwenden. Mangandioxid/Ammoniumchlorid/raphit in den Behälter für anorganische Feststoffe geben. Ammoniumchlorid-Lösung im Abzug mit Natriumhydrogencarbonat (NaHCO 3 (s)) versetzten, bis keine weitere asentwicklung zu beobachten ist. Lösung danach in den Abguss geben und mit viel Wasser nachspülen. Aufgaben:. Notieren sie ihre Beobachtungen für die Zeit, in der ein Strom fließt. 2. Bearbeiten sie die Aufgaben auf Blatt 9. und um die Zink-Kohle-Batterie Seite -2 -

13 Vertiefung 2 Verschiedene Batteriearten Blatt Aufbau der verschiedenen Batteriearten eines Batterietyps Von einem Batterietyp (z.b. dem Typ Zink-Kohle-Batterie ) gibt es in der egel verschiedene Batteriearten, welche häufig eine unterschiedliche Spannung liefern: Quelle: mweltbundesamt (Hrsg.), Wiederaufladbar oder x und Hopp? S. Aufgaben:. Stellen sie Hypothesen über den Aufbau der verschiedenen Batteriearten auf. 2. ntwickeln sie (ein) xperiment(e), mit denen sie ihre Hypothesen überprüfen können und führen sie diese(s) xperiment(e) durch. und um die Zink-Kohle-Batterie Seite -3 -

14 Hintergrund Zahlen zur Zink-Kohle- und anderen Batterien Anregung Tragen sie anhand neuerer Veröffentlicheungen (z.b. mweltbundesamt) neue Zahlen zusammen und vergleichen Sie dies mit den hier ausgelisteten In Deutschland verkaufte Batterien nach Typen Batterien Batteriearten Batterietypen erätebatterien in Deutschland in Mio. Stück rimärbatterien undzellen Alkali-Mangan 358 undzellen Zink-Kohle 35 Knopfzellen Zink-Quecksilberoxid 5 Knopfzellen Silberoxid 25 Knopfzellen Alkali-Mangan 3 Knopfzellen Zink-Luft 2 Knopfzellen Lithium 0 Akkumulatoren verschiedene 23 Summe Quelle: 870 Mio. Stück Arbeitsgemeinschaft Batterien, Hannover, 998; zitiert nach mweltbundesamt (BA), Wiederaufladbar oder x - und -Hopp? - mobile Stromversorgung in Kleingeräten, S.4 Technische Daten und Anwendung Die Zink-Kohle-Batterien sind die mit am meisten verkauften rimärbatterien. Sie werden in allen denkbaren Formaten von kleinen undzellen bis zu großen prismatischen Batterien hergestellt. Die am häufigsten benutzten rößen sind Mono, Baby und Mignon, daneben auch noch Lady und Micro. Für höhere Nennspannungen als,5 V werden mehrere Zellen in einer Batterie in eihe geschaltet, wie z.b. in der prismatischen 9 V-Blockbatterie. Hauptanwendungen sind kleinere, tragbare elektrische eräte, bei denen der nergiepreis keine olle spielt. Dazu gehören Transistorradios, Kassettenrecorder, Taschenlampen, asierapparate, Wohnraumuhren, Spielzeuge, Meßgeräte, echner, Fernbedienungen, Videospiele und vieles andere. Quelle: W. Baumann und A. Muth, Batterien, Berlin 997, S.22. Vereinfachte egenüberstellung von Batterietypen am Beispiel einer,5 V Mignon-undzelle Batterieart Typ Schadstoffgehalt Abfallrelevanz Selbstentladung (beim Lagern) rimärzellen Wiederaufladbare rimärzellen Alkali-Mangan oder Zinkkohle Alkali-Mangan (hier AM- Typ) relativ gering, Cd und Hg durch Batterie- Verordnung begrenzt relativ gering, Cd und Hg durch Batterie-VO begrenzt Akkumulatoren Nickel-Cadmium große Menge an Cadmium und Nickel Quelle: BA, am angegebenen Ort, S. 4f relativ große Abfallmenge: Schadstoffe summieren sich trotz kleiner ehalte Lagerfähigkeit sehr gering bis zu 5 Jahren,5 V geringe Abfallmenge sehr gering bis zu 5 Jahren,5 V geringe Abfallmenge bei richtigem ebrauch; aber Sondermüll! sehr hoch einige Monate, keine Lagerung über 65 C Nennspannung,2 V und um die Zink-Kohle-Batterie Seite -4 -

15 Hintergrund 2 mgang mit Zink-Kohle-Batterien Anregungen: Lesen sie die Informationen zur ückgabe von Batterien und versuchen sie diese einmal in die Tat umzusetzen. Halten sie ihre rfahrungen dabei fest. Vergleichen sie die Inhalte der verschiedenen Informationsquellen miteinander. Achten sie dabei darauf, wer der jeweilige rheber ist und welche Interessen dieser verfolgt. rkundigen sie sich, ob die beschriebenen ntsorgungshinweise geltendem echt entsprechen. Quelle : Wie entsorgen Sie Batterien/Akkus richtig? Schadstoffhaltige Batterien wurden bisher aufgrund einer freiwilligen Selbstverpflichtung vom Handel zurückgenommen. Da jedoch nur rund /3 der verkauften Batterien wieder eingesammelt wurden, verpflichtet die Anfang April 998 veröffentlichte Batterieverordnung nun alle Hersteller, den Handel und auch die Verbraucher, alle Batterien und Akkus bei Händlern oder kommunalen Sammelstellen zurück zu geben (vgl. 3 und 5 der Batterieverordnung). Das erspart Ihnen die mühselige Trennung, verbietet Ihnen aber im egenzug, überhaupt noch eine Batterie in den Hausmüll zu werfen. Der Handel muß auf die ückgabepflicht für alle Batterien hinweisen (vgl. auch 2 und 5), d. h. dort, wo Sie die Batterien kaufen, muß eine Information zur ückgabepflicht und eine ückgabemöglichkeit vorhanden sein. Die Batterien müssen kostenlos zurückgenommen werden und über die Hersteller einer Wiederverwertung, d. h. einem ecyclingverfahren zugeführt werden. elingt dies nicht, muß eine schadlose Beseitigung erfolgen. Die Hersteller von eräten sind verpflichtet, die Batterien und Akkumulatoren so einzubauen, daß sie mühelos erneuert bzw. entfernt werden können. Achten Sie beim Neukauf von eräten auf diese Anforderung. Im egensatz zu den kleinen Haushaltsbatterien gelten für Autostarterbatterien andere egelungen. m möglichst alle bleihaltigen Batterien zurückzuführen, muß bei Neukauf einer Autobatterie ohne gleichzeitige ückgabe einer alten Batterie deshalb künftig ein fand von 5,--DM erhoben werden. mweltbundesamt, Wiederaufladbar oder x - und -Hopp? - mobile Stromversorgung in Kleingeräten, S. 2. Quelle 2: Batterien Alte Batterien, Knopfzellen und wiederaufladbare Akkus enthalten umweltgefährdende Substanzen, z.b. Quecksilber, Blei, Cadmium, Mangan, Nickel und Zink. Die neue Verordnung über die ücknahme und ntsorgung gebrauchter Batterien und Akkumulatoren verpflichtet ab Oktober 998 den Handel, gebrauchte Batterien vom Verbraucher unentgeltlich zurückzunehmen und einem ücknahmesystem der Hersteller zu überlassen. Darüber hinaus bleibt die Möglichkeit bestehen, Batterien bei den Sondermüllsammelstellen oder in Sammelbehältern in öffentlichen ebäuden abzugeben. Die Hersteller sind verpflichtet, die vom Handel und den öffentlich-rechtlichen ntsorgungsträgern zurückgenommenen Batterien um- Oberbürgermeisterin der Stadt Bonn (Hrsg.), Abfallplaner / Basisheft, Mai 998, S. 8f. weltgerecht zu entsorgen. Das bedeutet, daß die Batterien in Zukunft generell nicht mehr über den estmüll entsorgt werden dürfen. Trotz der Vorteile von batteriebetriebenen eräten sollten Sie wegen der iftigkeit dieser nergiespender daran denken, wie Sie Batterien vermeiden können. Wählen Sie eräte mit Netzteil oder Solargeräte, mechanische Armbanduhren. Verzichten Sie vor allem auf batteriebetriebene eräte mit kurzer Lebensdauer (z.b. Wegwerfkameras und -spielzeug, Billigdigitaluhren, tönende lückwunschkarten, Tamagochis). und um die Zink-Kohle-Batterie Seite -5 -

16 Hintergrund 2 mgang mit Zink-Kohle-Batterien Quelle 3: nergizer Batterie atgeber (S. -5 und S. 9) Lieber Batteriekunde! s freut uns, daß Sie sich für Batterien interessieren. Damit gehören sie zur stetig wachsenden Zahl von Verbrauchern, die sich über die verschiedenen rodukte informieren wollen, bevor sie eine Kaufentscheidung treffen. Dabei wollen wir ihnen mit unserem atgeber helfen. Wir geben ihnen Fakten an die Hand, damit Sie wissen, welche Batterie die richtige für ihre Anwendung ist. Wir können an dieser Stelle natürlich nicht alles ansprechen. Wenn sie über ein bestimmtes Thema mehr wissen wollen, rufen Sie uns an, oder schreiben Sie und. alston nergy Systems Deutschland mbh Max-lanck-Straße rkrath Tel. (02) Fax (02) Lithium-Batterien kosten mehr als Alkali-Mangan-Batterien, leisten aber auch deutlich mehr. So hält die Lithium-Mignon- Zelle L 9 von NIZ bis zu dreimal, bei Kälte sogar bis zu sechsmal länger durch, als Alkali-Mangan-Batterien. Wer nur auf den Kaufpreis schaut, ist auf den ersten Blick mit Zink-Kohle-Batterien (Kennbuchstabe ) am besten beraten. Diese kosten ungefähr halb soviel wie Alkali-Mangan-Batterien. Je nach Anwendung halten sie jedoch nur einen Bruchteil der zeit durch. Am ehesten kommen diese Batterien daher für einfaches Spielzeug oder hren in Betracht. Welche Batterien gibt es? Die wichtigsten Batterien, die im Haushalt verwendet werden, sind: Alkali-Mangan-Batterien Zink-Kohle-Batterien Lithium-Batterien wiederaufladbare Nickel-Cadmium-Batterien Welche Batterie für welches erät? Wer auf die esamtwirtschaftlichkeit schaut, fährt mit Alkali- Mangan-Batterien (internationale Norm L ) am besten: Denn diese halten bis zu siebenmal so Lange wie Zink-Kohle- Batterien. Außerdem sind sie höher und länger ohne großen Spannungsverlust belastbar und bieten minimale Selbstentladung. Tips und Tricks zum richtigen Batteriegebrauch:. Keine einzelnen Batterien auswechseln, sondern im den ganzen Satz 2. Beim Wechseln von Batteriesätzen keine Qualitäten mischen, z.b. Zink-Kohle mit Alkaline. 3. Auf die richtige olarität achten. 4. Nichtwiederaufladbare Batterie nicht versuchen aufzuladen. 5. Batterien nie kurzschließen. 6. Batterien nicht ins Feuer werfen. 7. Batterien nicht auseinandernehmen - Verätzungsgefahr! 8. s reicht für ein zweites Leben: Häufig lassen sich Batterie, die im Walkman erste rmüdungserscheinungen zeigen, noch prima in Taschenlampen verwenden. und um die Zink-Kohle-Batterie Seite -6 -

17 Hintergrund 3 Historischer Hintergrund: Die ersten Zink-Kohle-Batterien Die ersten Batterien: Zink-Braunstein-lemente Der französische Ingenieur eorges Leclanché ( ) machte 860 eine rfindung, die sich als bahnbrechend erweisen sollte. Von dem seinen Namen tragenden galvanischen lement (es wird auch als Zink-Kohle-Batterie bezeichnet) werden heute noch Jahr für Jahr mehrere Milliarden Stück hergestellt [...]. An der negativen lektrode werden bei der ntladung Zinkatome zu Zink-Ionen oxidiert, wobei pro Zinkatom zwei lektronen abgegeben werden [...]. ntscheidend für den rfolg der Leclanché- Zelle war die aus Braunstein (Mangandioxid) bestehende Masse, welche die raphitelektrode umhüllt. Wichtig war auch der lektrolyt: er bestand aus einer gesättigten Lösung von Ammoniumchlorid mit einem ph- Wert von etwa 4,5. Braunstein ist ein elektrisch mäßig gut leitender, stark oxidierend wirkender Festkörper. Bei der ntladung der Zink- Braunstein-Zelle wird das vierwertige Mangan im Braunstein zur dreiwertigen Stufe reduziert. Dabei entsteht Manganoxidhydroxid (MnO(OH)). Schon in Leclanchés relement wurde dem gemahlenen Braunstein Kohlepulver zugegeben, um die Leitfähigkeit zu verbessern. Das emisch wurde rund um die zentrale raphit- oder Kohleelektrode in ein Nasses Leclanché lement in einem porösen Keramikgefäß zylindrisches, poröses Keramikgefäß gepreßt. Dieses stand in einem lasgefäß, das mit dem lektrolyt gefüllt war. In diese Lösung tauchte ein Zinkstab oder ein zur öhre gebogenes Zinkblech ein [...]. Bei diesem System stimmte einfach alles: die Komponenten waren durchweg sehr preiswert, das lement lieferte eine beachtlich hohe Spannung von,5 V bei hoher nergiedichte, es war äußerst robust und dank geringer Selbstentladung relativ langlebig. in weiterer Vorteil war, daß sich das Mangandioxid durch Aufnahme von Luftsauerstoff teilweise regenerierte, besonders wenn die positive lektrode nicht ganz in den lektrolyt eintauchte. Allerdings oxidierte bei diesen offenen Zellen das Zink rasch, was der Kapazität schadete. [...] Leclanché meldete seine rfindung 860 zum atent an, berichtete aber darüber in einer wissenschaftlichen Zeitschrift erst 8 Jahre später. [Das lement wurde der Öffentlichkeit auf der ariser Weltausstellung 867 vorgestellt]. Zu jener Zeit hatte er bereits Zehntausende von Zellen verkauft, besonders als Stromquellen für die damaligen isenbahn- und osttelegraphen und für Hausklingeln. [...] Schon früh wurde versucht, den flüssigen lektrolyt durch Absorption in einer saugfähigen Substanz wie ips, Kreide, Zinkoxid, Kieselgur oder Sägemehl zu immobilisieren und eine Trockenbatterie zu entwickeln. Auch mit gelbildenden Stoffen wie Kieselsäure wurde experimentiert. Der Durchbruch gelang 896 mit gewöhnlichem Weizenstärkemehl, aus dem mit Ammoniumchloridlösung ein el gekocht" wurde. Die Zinkelektrode wurde zu einem Becher geformt, der auch als Behälter für die Zelle diente. Quelle: Lucien F. Trueb und aul üetschi, Batterien und Akkumulatoren, Berlin 998, S.33. und um die Zink-Kohle-Batterie Seite -7 -

18 Hintergrund 3 Historischer Hintergrund: Die ersten Zink-Kohle-Batterien Verwendung von Batterien in Deutschland von etwa 850 bis 880 Daniell-lement Als nde der 840er Jahre die ersten Telegrafenanlagen in Betrieb gingen, gab es noch keine zentrale Stromversorgung. Man kannte [...] nur rimärelemente. Die staatliche Telegrafenabteilung des Königreiches Bayern verwendete Kohle-Zink-lemente. [...] Im benachbarten Württemberg dienten anfangs Leclanché-lement Daniell-lemente [...] - sie mußten jeden Morgen neu angesetzt werden. Batterien in der hase bis zur inführung des Telefons (867/67 bis 880) olitisch wurde dieser Zeitabschnitt durch die ründung des Norddeutschen Bundes und schließlich des Deutschen eiches geprägt. Direkte organisatorische Auswirkung war eine Verringerung der staatlichen Telegrafenverwaltungen bis 872 auf drei - Bayern, Württemberg und eichstelegrafenverwaltung [...]. Bei der bayerischen Militärtelegrafie fand das Zink-Kohle- lement nach Marié-Davy - Zink in verdünnter Schwefelsäure, Kohle in einem Brei aus saurem, schwefelsaurem Quecksilberoxid, Tonbecher - Verwendung. Im Krieg von l870/7 kamen dann auch zunehmend Meidinger-lemente [Zink-Kupfer-lemente] in der staatlichen Telegrafenverwaltung zum insatz [...] Zur Stromversorgung der Telegrafenanstalten des Norddeutschen Bundes und der eichstelegrafenverwaltung dienten die 865/66 eingeführten und in der Folgezeit ständig verbesserten rimärelemente nach Lechlanché. Quelle: Kurt Jäger (Hrsg.), eschichte der lektrotechnik, Mannheim 994, S.93 ff. und um die Zink-Kohle-Batterie Seite -8 -

19 Hintergrund 3 Historischer Hintergrund: Die ersten Zink-Kohle-Batterien Quelle: 848/49 - für die Freiheit streiten. - Stuttgart : Dt. Verl. Anst., 998 (Damals Spezial), S.42 und um die Zink-Kohle-Batterie Seite -9 -

20 Hintergrund 4 Montage und Aufbau einer Zink-Kohle-Batterie und um die Zink-Kohle-Batterie Seite -20 -