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Alkali-Mangan-Batterie

Zink/Kohle - Alkali/Mangan - Zink/Luft

Alkali-Mangan-Batterie, Längsschnitt

Die Alkali-Mangan-Batterie ist eine Fortentwicklung der Zink-Kohle-Batterie und funktioniert im Prinzip genau so. Ich habe hier mal versucht, ein Schema einer solchen "modernen" Batterie zu zeichnen und hoffe, dass es mir einigermaßen gut gelungen ist.

Reaktionen an der Anode

Der wesentliche Unterschied ist hier, dass sich das Zink nicht mehr in einem Zinkbecher im Außenbereich der Batterie befindet, sondern in einer Zinkpaste im Innern der Batterie. Der Zinkbecher der "alten" Zink-Kohle-Batterie wird im Laufe der Zeit löchrig, und die Batterie kann auslaufen. Das kann bei der "modernen" Alkali-Mangan-Batterie nicht mehr passieren. Außerdem ist die Oberfläche des Zinks in der Zinkpaste sehr viel größer als bei einem Zinkbecher, so dass die chemischen Reaktionen schneller ablaufen können. Pro Zeiteinheit werden hier mehr Zink-Atome zu Zink-Ionen oxidiert als bei der Zink-Kohle-Batterie.

Zn + 2 OH- ==> Zn(OH)2 + 2 e-; Zn(OH)2 + 2 OH- ==> Zn[(OH)4]2-

Die Zinkpaste ist mit gesättigter Kaliumhydroxid-Lösung getränkt, mit Kalilauge also. Zunächst wird das Zink oxidiert, die beiden Elektronen "wandern" in den Kontaktnagel. Aus Zink-Ionen und Hydroxid-Ionen der Natronlauge bildet sich das schwerlösliche Zinkhydroxid. Dieses reagiert mit zwei weiteren Hydroxid-Ionen zu dem gut löslichen Hydroxyzinkat-Ionen.

Reaktionen an der Kathode

Ähnlich wie in der Zink-Kohle-Batterie wird hier zunächst Mangan(IV)oxid zu Mangan(III)hydroxid reduziert:

Mn(IV)O2 + H2O + e- ==> Mn(III)O(OH) + OH-

Damit aber nicht genug, wird das Mangan(III)hydroxid durch ein weiteres Elektron zu Mangan(II)hydroxid reduziert:

Mn(III)O(OH) + H2O + e- ==> Mn(II)(OH)2 + OH-

Im Vergleich mit der Zink-Kohle-Batterie hat die Alkali-Mangan-Batterie eine höhere Stromdichte. Die gelieferte Spannung schwankt nicht so stark, und die Betriebsdauer ist insgesamt größer. Außerdem läuft die Batterie nicht so leicht aus wie die Zink-Kohle-Batterie. Schließlich hat die gesättigte Kaliumhydroxid-Lösung zur Folge, dass die Gemische innerhalb der Batterie (Zinkpaste, Braunstein-Graphit-Paste) nicht so schnell gefrieren, die Batterie ist also auch bei tieferen Temperaturen einsetzbar.

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