Akkumulator

[pearl]

Hallöchen!

wir sollten zu Chemie einige Seiten zum Aufbau und zur Funktion von Akkumulatoren lesen...nun hab ich aber einige Sachen zum Nickel/ Metallhydrid-Akku nicht verstanden...hoffentlich könnt ihr mir helfen?!

Und zwar heißt es: "Durch Anlegen einer genügend großen Spannung lässt sich die Zellreaktion umkehren: Der Akku wird wieder aufgeladen."
wie darf ich mir das vorstellen? Wieso kann der Akku sich durch Spannung wieder aufladen?

Die Reaktionen sind ja:

Minuspol (Oxidation): Metall-H2 + 2OH- ---> Metall + 2H2O + 2 e

Pluspol (Reduktion): 2NiOOH + 2 H2O + 2 e --> 2Ni(OH)2 + 2OH-

Gesamtreaktion also:

Metall-H2 + 2NiOOH --> Metall + 2 Ni(OH)2

die Hinreaktion ist die Entladung...die Rückreaktion wäre dann entsprechend die Aufladung...aber warum? Wie kann man das erklären? Und das bitte möglichst auf sehr einfachem Niveau;-)


Und dann heißt es noch weiter:
Um zu verhindern, dass gegen Ende der Entladung anstelle von Wasserstoff Metall aus dem Wasserstoffspeicher oxidiert werden, wird die negative Elektrode gegenüber der positiven Elektrode überdimensioniert. Die Größe der positiven Elektrode bestimmt somit die nutzbare Ladungskapazität der Zelle.

Diesen Sachverhalt verstehe ich noch nicht mal ansatzweise! Wieso sollte das Metall oxidiert werden? Mit was denn? Mit dem Wasser? und wieso sollte dies erst gegen Ende der Reaktion geschehen? und was bringt es dann, die negative Elektrode dann einfach größer zu bauen?
Es wäre wirklich nett, falls ihr mir da weiterhelfen könntet!

Achja...ich hab noch gefunden, dass diese Akkumulatoren sehr umweltfreundlich sind, dafür aber sehr teuer...
wofür kann man solche Akkus denn gebrauchen? Für Autos wären sie wohl eher ungeeignet, da zu teuer...oder?

[AV]

Grundsätzlich sind chemische Reaktionen umkehrbar, dass heisst, man kann sie rückwärts ablaufen lassen.
Die Richtung, die Du beschrieben hast, ist die Richtung in der die Reaktion freiwillig abläuft. Deshalb liefert diese reaktion auch Energie (in Form von Strom).
Wenn man jetzt die Energie, die diese Reaktion normalerweise liefert und dann noch ein bisschen mehr Energie in die Batterie hereinsteckt, dann läuft die Reaktion rückwärts ab, um den jetzt vorhandenen Überschuss an Energie auszugleichen (denn in der anderen Richtung verbraucht die Reaktion Energie).
Bei normalen Batterien funktioniert das im Gegensatz zum Akku nicht, weil hier irreversible Reaktionen laufen, die sich nicht mehr rückgängig machen lassen. Das liegt vor allem am Aufbau der Batterie.

Wenn das Reduktionsmittel, also der Wasserstoff nun aufgebraucht ist, aber immernoch Oxidationsmittel (das Peroxid) vorhanden ist, dann würde die Reaktion mit einem anderen Reduktionsmittel weiterlaufen, wenn eines da ist, also mit einem Stoff, welcher von Peroxid oxidiert würde. Das Trägermetall, das den Wasserstoff aufnimmt ist leider solch ein potentielles Reduktionsmittel. Wenn also der Wasserstoff verbraucht, aber immer noch Peroxid vorhanden wäre, dann würde das Trägermetall oxidiert und dadurch würde der Wasserstoffträger zerstört, was naturgemäß der Batterie nicht gut bekommt.
Damit dies nicht passiert, baut man die entsprechende Elektrode einfach größer, man sorgt also dafür, dass die Wasserstoffquelle größer ist, als die Peroxidquelle, so dass zuerst das Peroxid aufgebraucht ist, aber noch Wasserstoff übrigbleibt. So wird das Problem umgangen.
Das ganze funktioniert deshalb, weil immer zuerst der Stoff oxidiert wird, bei dem das einfacher ist. Der Wasserstoff ist einfacher zu oxidieren als das Trägermetall, daher wird immer zuerst der Wasserstoff verbraucht.

Gebrauchen tust du die Dinger übrigens fast die ganze Zeit. Die meisten herömmlichen Akkus (wie man sie z.B. in Fernbedienungen benutzt) sind Ni/MH-Akkus. Im Auto wird seit jeher der Bleiakku verwendet, der robuster ist und mehr Spannung liefert pro Zelle.