1. Inhalt und Ziel des Versuches 2. Grundlagen

Technische Universität Ilmenau
Fakultät für Elektrotechnik und Informationstechnik
Stand:
Komplexpraktikum
Mai 2003
“Elektrotechnik/Elektronik“
Teil: Lehrveranstaltung „Elektrochemische Speicher- und Wasserstofftechnik“
Versuchsbezeichnung:
Akku (BZ 1)
Kurzthema:
Elektrochemische Speicher - Akkumulatoren
Institut für Werkstofftechnik-
verantwortliches Fachgebiet:
„Elektrochemie und Galvanotechnik“
Standort: Kirchhoff-Bau, Laborgebäude EI (Maschinenhalle), Raum 030
1. Inhalt und Ziel des Versuches
•
•
Kennenlernen der Speicherung elektrischer Energie mittels elektrochemischer Verfahren in Akkumulatoren
Elektrochemische Zelle im Stromkreis; Ersatzschaltbild; Kennlinien; Gleichgewichtszellspannung;
Polarisationsspannung, Stoff- und Energieumsatz; Wirkungsgrade
2. Grundlagen
Die Speicherung der elektrischen Energie ist nach wie vor ein Grundproblem der elektrischen Energietechnik. Die Bereitstellung der Elektroenergie in den Industrieländern basiert hauptsächlich auf Wärme- und
Kernkraftbasis. Das bedeutet aber relativ kontinuierliche Energiebereitstellung bei erheblich schwankendem
Energiebedarf.
Das Problem wird durch die Zuschaltung von Energieerzeugern zu Spitzenlastzeiten (vornehmlich Gasturbinenkraftwerke und Wasserkraftwerke) oder die Speicherung der Elektroenergie als potentielle Energie in
Pumpspeicherwerken gelöst. Beide Varianten sind praktisch die einzigen Lösungswege von großtechnischer
Bedeutung, wobei die Pumpspeicherwerke den an sich schon geringen Wirkungsgrad der Elektroenergieerzeugung über Wärmekraftmaschinen noch weiter reduzieren.
Die Speicherung elektrischer Energie in Akkumulatoren und Primärelementen ist für die Gesamtbilanz der
elektrischen Energiewirtschaft praktisch bedeutungslos. Sie ist jedoch von außerordentlicher Bedeutung in
mobilen Einrichtungen sowie für Notstromversorgungen bei Netzausfall.
Für die Nutzung der größtenteils diskontinuierlich anfallenden Elektroenergie aus regenerativen Energiequellen in größerem Maße ist der Einsatz einer speziellen Speichertechnik (einschließlich Wasserstofftechnik) unabdingbare Voraussetzung.
2.1. Die Äquivalenzbeziehung
Die Äquivalenzbeziehung zwischen der freien Enthalpie ΔG und der Gleichgewichtsspannung ΔU0 bildet die
Basis für die elektrochemischen Energiewandlungen in andere Speichertechniken.
ΔG
=
ne- . F . ΔU0
(1)
ΔG
=
ΔH – T . ΔS
(2)
2
ΔG
ΔH
T
ΔS
n eF
ΔU0
=
=
=
=
=
=
=
molare freie Reaktionsenthalpie (max. Nutzarbeit)
molare Enthalpie (Reaktionswärme)
Temperatur
molare Entropie
Zahl der Elektronen, die an der Reaktion beteiligt sind
Faraday-Konstante (96487 As/mol)
Gleichgewichtszellspannung
2.2. Die Zellspannung
Die Gleichgewichtszellspannung ergibt sich aus der Beziehung:
ΔU0
ε01 – ε02
=
(3)
d.h. aus der Differenz der Gleichgewichtspotentiale der Elektrodenreaktionen.
2.3. Nernstsche Gleichung
Die Gleichgewichtspotentiale und ihre Konzentrationsabhängigkeit folgen aus der Nernstschen Gleichung.
ε 0 I = ε 0I +
0
εI
ε0I
R
νI
aI
cI
fI
T
n eF
R ⋅T
⋅ Σν I ln a I
ne− ⋅ F
-
(4)
Standard- oder Normalpotential der Substanz I (ΔU0 = 1,23 V)
reversibles oder Gleichgewichtspotential der Substanz I
ideale Gaskonstante (8,315 Ws/mol K)
stöchiometrischer Faktor der Substanz I
Aktivität der Substanz I (aI = cI . fI)
Konzentration der Substanz I in mol/l
Aktivitätskoeffizient der Substanz I in l/mol
Temperatur in K
Anzahl der beteiligten Elektronen
Faradaykonstante (96487 As/mol)
Die Aktivitäten der Gase werden mit den jeweiligen Partialdrücken gleichgesetzt.
2.4. Faradaysches Gesetz
Für den Stoffumsatz an den Elektroden und damit letztendlich für die Speicherkapazität des Systems ist das
Faradaysche Gesetz von Bedeutung.
Δm I
I⋅t
ΔQ
Δn I
=
=
=
n e− ⋅ F
n e− ⋅ F
MI ⋅ νI
νI
Δm I
MI
Δn I =
ΔnI
νI
ΔmI
MI
I
t
ΔQ
F
n e-
-
(5)
(6)
Änderung der Molzahl der Substanz I
stöchiometrischer Faktor der Substanz I (für H2 ist ν = 1)
umgesetzte Masse der Substanz I in g
Molmasse der Substanz I in g/mol
Stromstärke in A
Reaktionszeit in s
elektrische Ladung in As
Faradaykonstante (F = 96487 As/mol)
Anzahl der beteiligten Elektronen an der elektrochemischen Reaktion
3
2.5. Ersatzschaltbild und Arbeitskennlinie einer elektrochemischen Zelle
ΔU0
ΔUP
ΔUΩ
ΔUK
Bild 1: vereinfachtes Ersatzschaltbild einer elektrochemischen Zelle
Die Klemmspannung der Zelle beträgt:
ΔUK
=
ΔU0 + ΔUP + ΔUΩ
(7)
(Vorzeichenwechsel beim Laden und Entladen beachten!)
ΔUK
ΔU0
ΔUP
-
ΔUΩ
-
Klemmspannung (I ungleich 0)
Gleichgewichtszellspannung (I = 0)
Polarisationsspannung an den Elektroden; Verlustspannung, die durch die
kinetischen Vorgänge an der Elektrode bei Stromfluß bzw. Stoffumsatz entsteht
ohmscher Spannungsabfall über der Elektrolytstrecke und den Elektroden der
Zelle
Für die elektrochemische Zelle gilt die in Bild 2 dargestellte verallgemeinerte Arbeitskennlinie.
Bild 2: Allgemeine Arbeitskennlinie einer elektrochemischen Zelle
4
Ist die elektrochemische Zelle als Verbraucher geschaltet, so ergibt sich die notwendige Klemmenspannung
aus der thermodynamisch für die Elektrodenreaktion notwendigen Spannung ΔU0, aus der infolge kinetischer
Vorgänge während des Elektrolyseprozesses auftretenden Polarisationsspannung ΔUP und aus dem ohmschen Spannungsabfall über dem Elektrolyten und den Elektroden ΔUΩ.
ΔU0 ist bei einem definierten Elektrodenprozeß durch thermodynamische Größen festgelegt. Zur Senkung
des Energieverbrauches müssen deshalb ΔUP und ΔUΩ minimiert werden.
In elektrochemischen Zellen, die als Erzeuger elektrischer Energie arbeiten, tritt je nach Größe des
Belastungsstromes I ein Abfall der Klemmspannung durch die Polarisationsspannung ΔUP und dem ohmschen Spannungsabfall ΔUΩ in der Zelle auf. Auch hier wird im Sinne einer effektiven Energiegewinnung
versucht, die Anteile ΔUΩ und ΔUP niedrig zu halten. Der maximal mögliche Strom, den die Zelle abgeben
kann, der Kurzschlußstrom IK, wird durch den Innenwiderstand der Zelle und die Elektrodenpolarisation
begrenzt.
2.6. Energieausbeute
Die maximale Energie eines Speichersystems ergibt sich zu:
ΔW = ΔU0 . ΔQ = ΔU0 . I . t
(8)
Die Energieausbeute eines elektrochemischen Speichersystems beträgt:
ηE
=
ΔWEntladen
⋅ 100% =
ΔWLaden
=
ΔU K Entladen ⋅ I Entladen ⋅t Entladen
ΔU K Laden ⋅ I Laden ⋅ t Laden
⋅ 100% =
(9)
(ΔU 0 − ΔU P − ΔU Ω ) ⋅I Entladen ⋅t Entladen
⋅ 100%
(ΔU 0 + ΔU P + ΔU Ω ) ⋅I Laden ⋅t Laden
Wie aus Gl. (7) folgt, kann eine hohe Energieausbeute nur durch die Minimierung von ΔUΩ und ΔUP bei
möglichst hoher Stromausbeute erreicht werden. Die Stromausbeute für den Lade- und Entladevorgang ist
dann zu berücksichtigen, wenn bei diesen Vorgängen stromverbrauchende Nebenreaktionen auftreten, die
nicht direkt der Energiespeicherung dienen (z.B. Gasentwicklung).
3. Primärelemente
Primärelemente sind elektrochemische Zellen, die elektrische Energie durch direkte Umwandlung von chemischer Energie in einem irreversiblen Prozess liefern. Die elektrochemisch umgesetzten Stoffe sind keine
Primärbrennstoffe, sondern meist energieintensiv hergestellte Materialien (Metalle, Oxide), die zu ihrer Herstellung mehr Energie benötigen, als sie als Primärelemente abgeben. Sie zählen deshalb zu den Energieträgern und werden im Niederleistungs- und Niederenergiebereich für Gerätebatterien in Form von Rundzellen,
Blöcken oder Knopfzellen verwendet.
Vertreter von Primärelementen sind:
alkalische Braunstein-Zellen, Metall-Luft-Zellen, Zink-Kohle-Zellen, Zink-Quecksilberoxid-Zellen, Silberoxid-Zellen, Lithium-Zellen, ⋅⋅⋅).
4. Sekundärelemente
Findet in der elektrochemischen Zelle ein reversibler Prozess statt, lässt sich die Zelle periodisch als Speicher
nutzen. Die elektrochemisch aktive Masse kann durch Einsatz elektrischer Energie wieder regeneriert werden. Die Sekundärelemente lassen sich zyklisch wieder aufladen und werden als häufigster Speicher genutzt.
Die Polarität der Elektroden bleibt in beiden Betriebsfällen (Last und Quelle) immer gleich!
5
Es ist deshalb besser, bei Sekundärelementen oder Akkumulatoren eindeutig von postiver oder negativer
Elektrode zu sprechen.
4.1. Der Silber-Zink-Akkumulator
Der Silber-Zink-Akkumulator hat eine sehr hohe Energie- und Leistungsdichte. Im geladenen Zustand besteht die Katode aus Ag2O2 und die Anode aus gesintertem Zn-Pulver. Der Elektrolyt für technische Ausführungen ist 30 bis 40 %-ige KOH-Lösung. Folgende Elektrodenreaktionen finden statt:
⎯Entladung
⎯⎯⎯→
−
Minuspol:
2 Zn + 8 OH
2[ Zn(OH) 4 ]2− + 4 e −
ε10 = −0,76V
Pluspol:
⎯Ladung
⎯⎯⎯→
2 Ag + 2 H 2 O
Ag 2 O 2 + 4 H + + 4 e −
←⎯⎯
⎯⎯
Entladung
ε 02 = +1,00V
←⎯⎯
⎯⎯
Ladung
___________________________________________________________________________________
Δε10 − Δε02 = − 1,76V
Bruttoreaktion:
−
2 Zn + Ag 2 O 2 + 8 OH + 4 H
+
⎯Entladung
⎯⎯⎯→
2[ Zn(OH) 4 ]2− + 2 Ag + 2 H 2 O
←⎯⎯
⎯⎯
Ladung
Neben der anodischen Auflösung der Zn-Elektrode findet in der KOH-Lösung auch eine „Selbstauflösung"
statt. Diese Reaktion vermindert die Energieausbeute des Akkumulators.
Zn + 2 KOH + 2 H 2 O → K 2 [Zn(OH) 4 ] + H 2 ↑
(Dikaliumtetrahydroxozinkat)
Die sehr gute Löslichkeit der Anode gestattet andererseits eine hohe Stromdichte bzw. Energiedichte (20 bis
40 Wh/Kg) des Akkus.
4.2. Der Blei-Akkumulator
Der Blei-Akkumulator ist der bisher am häufigsten eingesetzte chemische Speicher für elektrische Energie.
Im Bleiakkumulator laufen folgende Elektrodenreaktionen ab:
Minuspol: Pb
+ SO 24−
ε10 = −0,28V
PbSO4 + 2 e2−
PbO2 + SO 4 + 4 H + 2 e ε 2 = +1,69V
Pluspol: PbSO4 + 2 H2O
_______________________________________________________________________
+
-
0
Δε10 − Δε 02 = − 1,97V
⎯⎯⎯⎯→
Bruttoreaktion: Pb + PbO 2 + 4H + 2SO
2 PbSO 4 + 2 H 2 O
←⎯⎯
Ladung⎯
Entladung
+
2−
4
Pb4+-Ionen sind in wässriger Lösung nicht beständig. Sie hydrolysieren zu Pb(OH)4, woraus durch Wasserabspaltung PbO2 entsteht. Beim Ladevorgang steigt die Säuredichte und bei der Entladung nimmt sie ab (siehe
Bruttoreaktion). Die mittlere Elektrolytkonzentration liegt bei etwa 25%iger H2SO4. Die Beendigung des
Ladevorganges ist an der einsetzenden elektrolytischen Wasserzersetzung (Gasentwicklung an den Elektroden) und am Anstieg der Ladespannung zu erkennen.
Blei-Akkumulatoren sind sehr robust und werden heute noch u.a. in großem Maße als Starterbatterien in
Kraftfahrzeugen eingesetzt. Ihre Haltbarkeit beträgt im Dauerladebetrieb etwa 5 Jahre mit rund 1000 Teilentlade- und Aufladezyklen.
6
5. Versuchsdurchführung
5.1. Silber-Zink-Akkumulator
5.1.1. Herstellung und Aufladen des Ag-Zn-Akkus
-
Herstellung von 200 ml einer 25%-igen NaOH-Lösung (Angabe in Masse-%)
Abwiegen von festen NaOH-Plätzchen mit einer Oberschalenwaage in ein Becherglas. Als Auflösegefäß
für die abgewogenen NaOH-Plätzchen wird das gleiche Becherglas benutzt.
Die Dichte der 25%igen NaOH-Lösung beträgt 1,27 g/cm³. Die dabei entstehende Lösungswärme begünstigt die Aufladung des Akkus!
-
Zusammenbau und Aufladen des Akkus
•
•
•
•
Die Ag-Elektrode wird mit einem ammoniakgetränkten Lappen, die kleinere Zn-Elektrode mit wasserfestem Schleifpapier gesäubert!
Die Masse der kleineren Zn-Elektrode, die nur während der Entladung des Akkus eingesetzt wird,
muss nach gründlichem Trocknen (Filterpapier, Fön) mit einer Analysenwaage genau gewogen werden!
Für den Ladeprozess wird die Ag-Elektrode und eine speziell gefertigte größere Zn-Elektrode verwendet.
Mit der Ladeschaltung (Bild 3) wird das Element bei I = 0,5 A, 0,5 h lang geladen.
R
A
V
Ag
+
-
Zn
Bild 3: Schaltung zur Ladung des Silber-Zink-Akkus (Blei-Akku mit 2 Katoden und einer Anode)
5.1.2. Spannungsabgleich, Messung der Gleichgewichtszellspannung, Aufnahme der Entladekennlinie
-
Spannungsabgleich (Kalibrierung)
•
Vor dem Abgleich ist eine Korrektur der Spannung des Normal-Weston-Elementes (NWE) unter
Berücksichtigung der aktuellen Raumtemperatur vorzunehmen (siehe Korrekturtabelle am NWE).
•
Mit einem Normal-Weston-Element (UN = 1,01865 V bei 20°C) wird die Batteriespannung UB eines
handelsüblichen Pb-Akkus (Bild 4) mit den Kurbeln des Hilfsstrom-Stellwiderstandes am Kompensator abgeglichen, so dass UB = UN gilt. Der zu Beginn des Abgleiches verwendete Schutzwiderstand wird nach dem Grobabgleich mit dem Schalter schrittweise überbrückt (grob → mittel →
fein).
7
Gleichgewichtszellspannung ΔU0 des Akkus
-
ΔU0 muß außen stromlos gemessen werden (I = 0). Dazu kann ein Gleichspannungsmeßverstärker mit
hochohmigem Eingangswiderstand ≥1012 Ω oder ein Hochpräzisions-Kompensator verwendet werden.
Die Messung von ΔU0 hat nach dem Ladevorgang des Ag-Zn-Akkus entsprechend Bild 5 zu
erfolgen (Benutzung der 5 Drehkurbeln des Hochpräzisions-Kompensators, die in mV geeicht sind!).
Kompensator
Abgleichbedingungen
UX
UB
Galvanometer
UN (Normalwestonelement)
= U NB = R XK
U
R
UX = unbekannte, zu messende
Spannung
+
Normalelement
-
RK = Widerstand im Kompensationsstromkreis
+
UX
UB (Pb-Akku)
+
-
UB = Batteriespannung des Pb-Akkus
(Kompensationsstromquelle)
Kompensationsstromquelle
Bild 4: Schaltung zur Eichung des Gleichspannungskompensators (Hochpräzisions-Kompensator)
-
Aufnahme der Entladekennlinie des Ag-Zn-Akkus
•
Es ist die Entladekennlinie UX = f (t) bei einem Belastungsstrom von 10 mA in Abhängigkeit von
der Zeit aufzunehmen. Die Potentialablesung erfolgt einmal pro Minute.
• Die Stromkonstanz von 10 mA wird durch eine hohe Hilfsspannung UH = 200 V und durch einen
hochohmigen Widerstand erreicht (galvanostatisches Prinzip bzw. Galvanostatische Schaltung).
• Der Schaltungsaufbau ist Bild 5 zu entnehmen. Achten Sie bitte auf die richtige Polung der Geräte!
Nach „Zusammenbrechen“ der Spannung (UX ≤ Δ U o ) ist die Hilfsspannung abzuschalten, die Zn100
Elektrode aus dem Elektrolyten zu nehmen, zu spülen, zu trocknen und erneut zu wiegen. Der Elektrolyt ist
in einem bereitstehenden Sammelbehälter für Abfalllösung zu schütten.
Kompensator
A
R
G
UH = 200 V
S
+
+
Zn
-
Ag
+
UN
-
Galvanometer
Für Blei-Akku
Normalelement N
in Reihe schalten
-
Normalelement
-
X
UX
+
+
UK
KompensationsB stromquelle
(Pb-Batterie 4V)
Bild 5: Schaltung zur Aufnahme der Entladekennlinie (Belastungskurve) eines galvanischen Elementes
8
5.2. Blei-Akkumulator
-
Herstellung von 200 ml Elektrolytlösung durch Verdünnen einer 40 %-igen Schwefelsäure auf 37,36 %
(37,36 % entspricht ρ = 1,28 g/cm³, Angabe in Masse-%)
-
Zusammenbau des Akkumulators
Die mit wasserfestem Schmirgelpapier gesäuberten 3 Bleielektroden werden so in die Zelle eingesetzt,
dass sich zwischen den zwei Katoden genau in der Mitte die Anode befindet.
-
Laden des Akkus nach Schaltung in Bild 3, jedoch ist die Anordnung der Bleielektroden zu beachten!
Ladestrom 2 A, Ladezeit 30 Minuten
-
Bestimmung von ΔU0 ohne Belastung des Akkumulators nach Schaltung in Bild 5 (siehe Hinweis !)
Wichtiger Hinweis: Da die zu messende Gleichgewichtszellspannung ΔU0 bzw. die unbekannte
Spannung UX den Messbereich des Kompensators (max. 2,11 V messbar) überschreitet, muss in diesem Falle als bekannte Spannungsquelle ein Normal-WestonElement in den Messkreis mit gleicher Polarität zum Blei-Akku (Spannungsdifferenzbildung) geschaltet werden.
-
Aufnahme der Entladekennlinie des Blei-Akkus
•
Es ist die Entladekennlinie UX = f (t) bei einem Belastungsstrom von 25 mA aufzunehmen. Die Potentialablesung erfolgt einmal pro Minute.
• Die Stromkonstanz von 25 mA wird durch eine hohe Hilfsspannung UH = 200 V und durch einen
hochohmigen Widerstand erreicht (galvanostatisches Prinzip bzw. galvanostatische Schaltung).
• Der Schaltungsaufbau ist sinngemäß Bild 5 zu entnehmen. Achten Sie bitte auf die richtige Polung
der Geräte!
Nach „Zusammenbrechen“ der Spannung (UX ≤ Δ U o ) ist die Hilfsspannung abzuschalten. Die Blei100
elektroden sind aus dem Elektrolyten zu nehmen, zu spülen und zu trocknen. Der Elektrolyt ist in einem
bereitstehenden Sammelbehälter für Abfalllösung zu schütten.
6. Auswertung der Versuche
6.1. Silber-Zink-Akkumulator
-
Grafische Darstellung von UX = f (t) bei konstanter Belastung von I = 10 mA
-
Berechnen Sie die Ladungsmenge nach dem Faradayschen Gesetz Gl. (4), die für den ermittelten Stoffumsatz (Masseverlust der Zn-Elektrode) theoretisch notwendig wäre und vergleichen Sie diese mit der
insgesamt nutzbaren Ladungsmenge des Ag-Zn-Akkus. Welcher Anteil des Gesamtstoffumsatzes ist
energetisch nutzbar (ηN = ΔQ/ΔQF)?
-
Ermitteln Sie die Gesamt-Energieausbeute des elektrochemischen Speichers nach Gl. (9)!
Molmasse von Zink: MZn = 65,4 g/mol
-
Bezugsreaktion: Zn±0 → Zn2+ + 2 e-
Unter Berücksichtigung von ΔU0 ist die Masse an Zink zu berechnen, die zur Erzeugung von 1 KWh
Elektroenergie notwendig ist (νZn = |-1|).
6.2. Blei-Akkumulator
-
Grafische Darstellung UX = f (t) bei konstanter Belastung von I = 25 mA
-
Bestimmung des Energieinhaltes des Akkus nach der Beziehung
ΔW = ΔUK ⋅ ΔQ
(10)
Da die Zellspannung ΔUK des Blei-Akkus ständig fällt, wird für ΔQ diejenige Ladungsmenge eingesetzt, die
der Akku abgibt, bis ΔUK unter Stromfluss um 12% ihres Anfangswertes abgenommen hat.
9
7. Kontrollfragen zur Vorbereitung
Die Kontrollfragen dienen zur Vorbereitung auf den Versuch. Sie sind dem Versuchsprotokoll beizufügen!
1.
Wie ist der pH-Wert einer Lösung definiert?
2.
Wie ändert sich die Polarität von Elektroden, wenn eine galvanische Zelle als galvanisches Element oder
als Elektrolysezelle verwendet wird?
3.
Auf welche Weise erfolgt die Leitung des elektrischen Stromes in Elektrolyten?
4.
Ermitteln Sie, wie 200 ml einer 25 %-igen NaOH-Lösung (Masse %) herzustellen sind (erforderliche
Masse an NaOH-Plätzchen und Masse an Wasser angeben!). Die Dichte der 25 %-igen NaOH-Lösung
beträgt 1,27 g/cm³ (Hilfsmittel: Waage für die NaOH-Plätzchen und Messzylinder für das destillierte
Wasser).
Berechnen Sie das erforderliche Volumen an Wasser und 40 %-ige H2SO4 mit ρ = 1,305 g/cm³, um daraus 200 ml 37,36 %-ige H2SO4 mit ρ = 1,28 g/cm³ für den Versuch Pb-Akku herstellen zu können.
5.
8. Ablaufplan für den Praktikumsversuch
1.
Aufbau aller Schaltungen
2.
Durchführung der Eichung des Gleichspannungskompensators (Bild 4) und anschließender
Aufbau der Entladeschaltung für den Ag-Zn-Akku bzw. Pb-Akku (Bild 5)
3.
Vorbereitende Arbeiten für den Aufbau des Ag-Zn-Akkus
- Reinigen der kleinen Zn-Elektrode mit Nassschleifpapier, danach Elektrode mit Fön trocknen
- Massebestimmung der kleinen Zn-Elektrode mittels Analysenwaage
- Reinigen der Ag-Elektrode mit NH4OH-getränktem Lappen
- Zusammenbau des Ag-Zn-Akkus (große Zn-Elektrode zum Aufladen verwenden!)
- Abwiegen der NaOH-Plätzchen mit einer Oberschalenwaage und Abmessen der erforderlichen
Menge an destilliertem Wasser mit Messzylinder
- Auflösen der abgewogenen NaOH-Plätzchen in destilliertem Wasser (Wärme entsteht, Schutzbrille!)
- Heiße NaOH-Lösung in das Akku-Gefäß geben und den Ladevorgang beginnen.
- Ladebedingungen:
I = 0,5 A, t = 30 min
4
Vorbereitende Arbeiten für den Aufbau des Pb-Akkus
- Reinigen der Pb-Elektroden mit Nassschleifpapier, danach Elektroden mit Fön trocknen
- Zusammenbau des Pb-Akkus (zwischen den 2 Katoden befindet sich genau in der Mitte die Anode)
- Abmessen der erforderlichen Volumina an 40 %-iger Schwefelsäure und destilliertem Wasser mit
Messzylindern und anschließend in einem Becherglas mischen (Säure in das Wasser geben!)
- Ladevorgang beginnen, Ladebedingungen: I = 2 A, t = 30 min
5.
Beendigung – Ladeprozess des Ag-Zn-Akkus
- Ersetzen der großen Zn-Elektrode durch die kleine!
- Messung von ΔU0 ohne Strombelastung zwischen Ag und Zn (kleine Zn-Elektrode)
- Messung von UX = f (t) unter konstanter Strombelastung von I = 10 mA
- Massebestimmung der kleinen Zn-Elektrode nach Ende der Entladung durch Wägung und Ermittlung
der aufgelösten Zinkmenge ΔmZn
6.
Beendigung – Ladeprozess des Pb-Akkus
- Messung von ΔU0 ohne Strombelastung zwischen Anode und den beiden Katoden
- Messung von UX = f (t) unter konstanter Strombelastung von I = 25 mA
7.
Zeit für Kolloquium
8.
Auswertung der Versuchsergebnisse – Protokollanfertigung - Diskussion der Ergebnisse