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Die Zitronenbatterie im Detail

Zwei Versuche - Wasserbatterie - Zitronenbatterie - Daniell-Element - Galvanische Zellen

Von Ulrich Helmich, Stand: 22.10.2022

Versuch: Die Zitronenbatterie

Die Versuchsdurchführung und die Ergebnisse werden auf dieser Seite beschrieben.

Bei der Zitronenbatterie sind die Vorgänge nicht ganz so einfach, wie auf der ersten Seite besprochen.

Schema der Zitronenbatterie

Abläufe in der Zitronenbatterie
Autor: Ulrich Helmich 2022, Lizenz: siehe Seitenende.

Die Zink-Elektrode löst sich mit der Zeit auf, weil immer mehr Zink-Atome zu Zink-Ionen werden, die sich im Zitronensaft lösen. Das saure Milieu des Zitronensaftes fördert das Auflösen des Zinks deutlich.

Ein Teil der entstehenden Elektronen wird aber auch benutzt, um Oxonium-Ionen zu reduzieren. Dabei entsteht dann Wasser und gasförmiger Wasserstoff.

Ein anderer Teil der Elektronen fließt zur Kupfer-Elektrode. Dort findet zwar im Prinzip die Reaktion

$Cu(s) \rightleftharpoons Cu^{2+}(aq) + 2 \ e^{-}$

statt, allerdings sind - im Gegensatz zum Daniell-Element, keine Cu2+-Ionen in der Zitrone enthalten. Aber die Elektronen laden die Kupfer-Elektrode etwas negativ auf, und so werden weitere Oxonium-Ionen angezogen. Die Oxonium-Ionen entstehen, wenn die Zitronensäure Protonen an Wasser-Moleküle abgibt. An der Oberfläche beider Elektroden nehmen die Oxonium-Ionen Elektronen auf und werden dann zu Wasser-Molekülen und Wasserstoff:

$2 \ H_3O^{+} + 2 \ e^{-} \to 2 \ H_{2}O + H_{2}\uparrow$

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Der gleiche Prozess läuft auch an der Zink-Elektrode ab. Daher arbeitet die Zitronenbatterie nicht sonderlich effektiv, denn nur ein Teil der Elektronen, die bei der Zink-Elektrode durch das Auflösen des Zinks freigesetzt werden, fließt zum Pluspol, zur Kupfer-Elektrode. Ein anderer Teil dieser Elektronen reagiert mit den Oxonium-Ionen der Lösung zu Wasser und Wasserstoff.

VOLTA-Batterie

Übrigens basiert die Batterie, die Alessandro Volta (1745 - 1827) gebaut hat - die erste Batterie in der Geschichte überhaupt - auf dem gleichen Prinzip wie die Zitronenbatterie. Seine VOLTAsche Säule, die er um 1800 konstruierte, besteht aus übereinander geschichteten Kupfer- und Zinkplatten, die durch Stofflappen voneinander getrennt waren, die er mit Säure getränkt hatte.

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