Zink-Braunstein-Zelle

Die Zink-Braunstein-Zelle, auch Leclanché-Element (nach Georges Leclanché), Trockenelement, Zink-Kohle-Element (wegen der Verwendung einer festen Kohle-Elektrode) oder Zink-Kohle-Trockenbatterie (wegen der gasdichten Kapselung der Zelle und der Eindickung des Elektrolyten), ist ein galvanisches Element und erzeugt elektrische aus chemischer Energie. Sie zählt zu den Primärelementen, da sie, anders als Akkumulatoren, nicht wiederaufladbar ist. Zink-Braunstein-Zellen sind preiswert in der Herstellung und waren verbreitet, sind aber mittlerweile durch die weitaus leistungsfähigeren und betriebssicheren Alkali-Mangan-Batterien verdrängt worden.

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Aufbau

Das Zink-Kohle-Element besteht aus einer Zinkelektrode (Anode (-)) und Braunsteinpulver (Katode (+)) mit einer Kohleelektrode als elektrischer Zuleitung. Als Elektrolyt wird dabei eine 20%ige Ammoniumchloridlösung eingesetzt. Der Verbraucher wird zwischen die beiden Elektroden geschaltet. Die Zelle liefert eine Spannung von in etwa 1,5 Volt.

Im Bild erkennt man außen die Metall-Ummantelung. Sie erhöht die mechanische Stabilität der Zelle. Die Kunststoff-Folie unter dem Metall-Mantel soll ein Auslaufen der Zelle verhindern. Der Zink-Becher, der das Elektrolyt und den Braunstein umschließt, ist nahezu aufgebraucht und auf der Abbildung nicht zu erkennen. Der Kohlestift in der Mitte wurde, zusammen mit dem Plus-Außenkontakt der Batterie, etwas herausgezogen.

Probleme

Kommt es zum Auslaufen des Elektrolyten, dann zerfrisst er die Batterieanschlüsse des betroffenen Gerätes und beim Einlegen in das Gerät auch die Leiterbahnen und Lötstellen. Aus diesem Grund soll man diese Batterien bei teureren Geräten oder bei solchen, in denen sie länger verbleiben, nicht verwenden . Zudem besteht bei dem Leclanché-Element das Problem, dass ein schwerlöslicher Zinkkomplex (Diamminzinkchlorid) ausfällt. Dieser feste Komplex setzt sich an den Elektroden des Elementes ab und der elektrische Widerstand wird erhöht. Folglich sinkt die Leistung der Batterie schnell.

Reaktion

Minuspol (Anode):

$\mathrm{ Zn \rightarrow Zn^{2+} + 2e^-}$

Pluspol (Kathode):

$\mathrm{ 2MnO_2 + 2H_2O + 2e^- \rightarrow 2MnO(OH) + 2OH^-}$

Nachlieferung der nötigen Oxonium-Ionen aus dem Ammoniumchlorid-Elektrolyten:

$\mathrm{ 2NH_4^+ + 2H_2O \rightarrow 2NH_3 + 2H_3O^+ }$

Die entstandenen Ammoniakmoleküle werden von den Zinkionen komplex gebunden:

$\mathrm{ Zn^{2+} + 2NH_3 \rightarrow [Zn(NH_3)_2]^{2+} }$

Die Reaktion dieses Komplexes mit den Chloridionen aus dem Ammoniumchlorid:

$\mathrm{ [Zn(NH_3)_2]^{2+} + 2Cl^- \rightarrow [Zn(NH_3)_2]Cl_2 }$

Gesamtgleichung:

$\mathrm{ Zn + 2MnO_2 + 2NH_4Cl \rightarrow 2MnO(OH) + [Zn(NH_3)_2]Cl_2 }$

Kategorie: Batterie

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