Zink-Braunstein-Zelle

Die Zink-Braunstein-Zelle, umgangssprachlich und unpräzise auch als Zink-Kohle-Element oder Zink-Kohle-Trockenbatterie bezeichnet, ist ein galvanisches Element und erzeugt elektrische Energie aus chemischer Energie. Sie besteht aus Zink, Mangandioxid (Braunstein) und einem Kohlestab als Elektrode.

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 (auslaufsichereren) Alkali-Mangan-Batterien verdrängt worden. Die Zelle stellt eine Weiterentwicklung des historischen Leclanché-Elementes dar.

Aufbau

Zink-Braunstein-Zelle im Schnitt

Das Zink-Kohle-Element besteht aus einer zu einem Becher geformten Zinkelektrode (negativer Pol) und Mangandioxidpulver (oft Braunstein genannt, positiver Pol) mit einer Kohleelektrode als zentrische elektrische Zuleitung. Als Elektrolyt wird dabei eine 20%ige Ammoniumchloridlösung eingesetzt. Der elektrische Energiewandler wird zwischen die beiden Elektroden geschaltet. Die Zelle liefert eine Spannung von etwa 1,5 V.

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 den Elektrolyten und den „Braunstein“ umschließt, ist bei entladenen Batterien nahezu aufgebraucht und auf der Abbildung nicht zu erkennen. Der Graphitstift mit Braunsteinummantelung in der Mitte wurde zusammen mit dem Plus-Außenkontakt der Zelle etwas herausgezogen.^[1]

Probleme

Zink-Braunstein-Zellen sind oft nicht auslaufsicher (leak proof). Früher besaßen sie oft nur einen Pappmantel um den Zinkbecher. Kommt es zum Auslaufen des Elektrolyten in einem Gerät, so zerfrisst er die Batteriekontakte und oft auch die Leiterbahnen und Lötstellen benachbarter Leiterplatten. Aus diesem Grund soll man Zellen dieses Typs nicht in Geräten verwenden, in denen sie länger verbleiben.

Zudem besteht bei dem Leclanché-Element das Problem, dass ein Zinkkomplex (Diamminzinkchlorid) ausfällt. Dieser schwerlösliche Komplex setzt sich an den Elektroden des Elementes ab, wodurch sich der elektrische Widerstand erhöht, sodass in der Folge die verfügbare Leistung schnell absinkt.

Reaktion (Entladungen)

Minuspol (Anode):

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

Pluspol (Kathode):

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

Nachlieferung des nötigen Wassers aus dem Ammoniumchlorid-Elektrolyten:

$\mathrm{ 2NH_4^+ + 2OH^- \rightarrow 2NH_3 + 2H_2O } \,$

Die entstandenen Ammoniakmoleküle werden von dem 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:

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

Entsorgung

Batterien und Akkumulatoren gehören nicht in den Hausmüll oder in die Umwelt, da sie umweltrelevante und wiedergewinnbare Stoffe enthalten. Zink-Kohle-Batterien müssen in Deutschland, wie auch andere Batterien, fachgerecht entsorgt werden. Batterien verkaufende Einzelhandelsgeschäfte und viele Recyclinghöfe haben zu diesem Zweck Sammelbehälter aufgestellt.

Weblinks

 Wikisource: Bunsen’s verbesserte Kohlenbatterie und einige Versuche mit derselben – Quellen und Volltexte

Einzelnachweise

1. ↑ Batterietypen: So entsteht der Strom für unterwegs. In: test 02/2006. Stiftung Warentest, abgerufen am 21. Juni 2010 (mehrfarbiges Schnittbild zum Vergleich von "Zink-Kohle-Batterie"=Zink-Braunstein-Zelle und Alkali-Mangan-Batterie). 

Galvanische Zellen

Primärzellen:  Alkali-Mangan-Batterie | Lithiumbatterie | Lithium-Eisensulfid-Batterie | Lithium-Mangandioxid-Batterie | Lithium-Thionylchlorid-Batterie | Lithium-Schwefeldioxid-Batterie | Lithium-Kohlenstoffmonofluorid-Batterie | Nickel-Oxyhydroxid-Batterie | Quecksilberoxid-Zink-Batterie | Silberoxid-Zink-Batterie | Zink-Braunstein-Zelle | Zinkchlorid-Batterie | Zink-Luft-Batterie
Sekundärzellen:  Bleiakkumulator | Natrium-Schwefel-Akkumulator | Nickel-Cadmium-Akkumulator | Nickel-Eisen-Akkumulator | Nickel-Lithium-Akkumulator | Nickel-Metallhydrid-Akkumulator | Nickel-Wasserstoff-Akkumulator | Nickel-Zink-Akkumulator | Lithium-Eisen-Phosphat-Akkumulator | Lithium-Ionen-Akkumulator | Lithium-Mangan-Akkumulator | Lithium-Polymer-Akkumulator | Lithium-Schwefel-Akkumulator | Silber-Zink-Akkumulator | STAIR-Zelle | Vanadium-Redox-Akkumulator | Zink-Brom-Akkumulator | Zebra-Batterie | Zellulose-Polypyrrol-Zelle | Zinn-Schwefel-Lithium-Akkumulator
Historische Zellen:  Daniell-Element | Gravity-Daniell-Element | Leclanché-Element | Voltasche Säule | Clark-Normalelement | Weston-Normalelement | Zambonisäule
Ausführungen:  Akkumulator | Batterie | Brennstoffzelle | Knopfzelle | Konzentrationselement | Redox-Flow-Zelle | Thermalbatterie | Bestandteile: Halbzelle (Donator- und Akzeptorhalbzelle)