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Chemie

Die Batterie: Aufbau und Funktion

Eine Batterie ist ein galvanisches Element in einem Gehäuse. Sie liefert Strom, bis die Ausgangsstoffe verbraucht sind.

  • ca. 12 Minuten
  • Klasse 10
  • Niveau: Standard

Das lernst du heute

  • Ich beschreibe den Aufbau einer Batterie.
  • Ich erkläre, welche Vorgänge an Minuspol und Pluspol ablaufen.
  • Ich berechne die Spannung hintereinander geschalteter Zellen.

Das brauchst du schon: Vielleicht hilft dir zuerst diese Lektion: Das galvanische Element: Strom aus einer Reaktion

Eine Batterie ist ein galvanisches Element, das so verpackt ist, dass man es überall benutzen kann. Die gängige Rundzelle liefert eine Spannung von 1,5 V. Sie besteht aus mehreren Teilen. Am Minuspol sitzt das unedle Metall Zink, es ist der Donator. Dort gibt Zink Elektronen ab: Zn → Zn²⁺ + 2 e⁻. Am Pluspol sitzt Braunstein (Mangandioxid), gemischt mit Graphit. Braunstein nimmt die Elektronen auf, es ist der Akzeptor. Graphit leitet den Strom. Zwischen den Polen befindet sich ein Elektrolyt, eine Paste, in der Ionen wandern. Ein Separator trennt die Pole im Inneren und verhindert einen Kurzschluss. Schließt du einen Verbraucher an, fließen Elektronen vom Minuspol über den Verbraucher zum Pluspol. Ist das Zink aufgebraucht oder der Braunstein verbraucht, ist die Batterie leer. Eine solche Batterie nennt man Primärzelle. Ihre Reaktion lässt sich nicht sinnvoll umkehren. Darum darf man sie nicht aufladen: Sie kann dabei auslaufen oder platzen. Möchtest du eine höhere Spannung, schaltest du Zellen hintereinander. Die Spannungen addieren sich. Ein 9-V-Block enthält 6 Zellen zu je 1,5 V. Eine Flachbatterie mit 4,5 V enthält 3 Zellen. Batterien dürfen nicht erhitzt, geöffnet oder kurzgeschlossen werden. Aus ausgelaufenen Batterien kann ätzende Flüssigkeit austreten. Fasse sie nicht mit bloßen Händen an.

Schematischer Aufbau einer Batterie.
BauteilAufgabeVorgang
Zink (Minuspol)DonatorZn → Zn²⁺ + 2 e⁻ (Oxidation)
Braunstein mit Graphit (Pluspol)Akzeptornimmt Elektronen auf (Reduktion)
ElektrolytIonen wandernschließt den Stromkreis im Inneren
Separatortrennt die Poleverhindert Kurzschluss

Spannung eines 9-V-Blocks

  1. Eine Zelle liefert 1,5 V.
  2. Der Block liefert 9 V.
  3. 9 V : 1,5 V = 6.
  4. Der 9-V-Block besteht aus 6 Zellen in Reihe.

Ich verstehe das noch nicht

Such dir aus, was dir hilft.

Noch einfacher erklärt

Minuspol: Zink gibt Elektronen ab.

Pluspol: Braunstein nimmt sie auf.

Im Verbraucher fließt Strom.

Ein Beispiel

Beispiel

Eine Batterie ist wie ein Vorrat an Brennholz. Das Holz speichert Energie. Wärme entsteht erst, wenn es brennt. Und ist das Holz weg, ist Schluss.

Schritt für Schritt

Wir erklären eine Batterie-Zeichnung

  1. Zeige auf den Minuspol: Hier sitzt Zink und gibt Elektronen ab.
  2. Zeige auf den Pluspol: Hier nimmt Braunstein die Elektronen auf.
  3. Zeichne den Weg der Elektronen von Minus über den Verbraucher zu Plus.
  4. Erkläre: Im Inneren wandern Ionen im Elektrolyten.

Mit einem Bild erklärt

FrageAntwort
Wo werden Elektronen abgegeben?am Minuspol (Zink)
Wo werden sie aufgenommen?am Pluspol (Braunstein)
Was fließt im Draht?Elektronen
Was wandert im Inneren?Ionen

Zur Grundlage zurück

Ausprobieren

Jetzt zusammen

Wir lösen die Aufgabe gemeinsam. Nutze die Hilfen, wenn du sie brauchst.

Eine Flachbatterie hat 4,5 V und besteht aus Zellen zu je 1,5 V. Wie viele Zellen sind es?

Zeig mir den ersten Schritt

Teile 4,5 durch 1,5.

Lösung ansehen

Lösung: 3

4,5 : 1,5 = 3 Zellen.

Üben

Jetzt du

Jetzt probierst du es allein.

Ein 9-V-Block besteht aus Zellen zu je 1,5 V. Wie viele Zellen sind es?

Zeig mir den ersten Schritt

Teile 9 durch 1,5.

Lösung ansehen

Lösung: 6

9 : 1,5 = 6 Zellen.

Tipp: Beim Erklären einer Zeichnung zeigst du zuerst die Pole, dann den Weg der Elektronen und zuletzt den Weg der Ionen.

Merksatz: Batterie: Zink als Minuspol (Donator), Braunstein als Pluspol (Akzeptor), Elektrolyt und Separator. Einweg-Batterien nicht aufladen. Zellen in Reihe: Spannungen addieren sich.

Typischer Fehler: Viele denken, in der Batterie sei der Strom gespeichert. Gespeichert sind Stoffe. Der Strom entsteht erst bei der Reaktion.

Prüfen

Mini-Quiz

5 kurze Fragen, ohne Noten. Bei jeder Frage kannst du dir die Lösung ansehen.

Frage 1 Welcher Stoff sitzt am Minuspol einer Zink-Braunstein-Batterie?
Lösung ansehen

Lösung: Zink

Frage 2 Wozu dient der Separator?
Lösung ansehen

Lösung: Er trennt die Pole im Inneren.

Frage 3 Man darf Einweg-Batterien problemlos aufladen.
Lösung ansehen

Lösung: Stimmt nicht

Frage 4 Was bedeutet es, wenn eine Batterie leer ist?
Lösung ansehen

Lösung: Die Stoffe der Reaktion sind verbraucht.

Frage 5 Durch den Elektrolyten fließen Elektronen.
Lösung ansehen

Lösung: Stimmt nicht

Geschafft

Eine Batterie enthält Stoffe, die bei der Reaktion Elektronen über den Verbraucher schicken. Sind sie verbraucht, ist die Batterie leer.

Zum Schluss

Kannst du das schon?

Hake ab, was du schon kannst. Was noch fehlt, schaust du dir einfach noch einmal an.

Zum Ausdrucken

Übungsheft Batterie, Akku und Brennstoffzelle

Kurz erklärt, 42 Aufgaben in drei Stufen und alle Lösungen. Kostenlos.

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