Zink-Chlorid-Batterie

Die Zinkchlorid-Batterie ist eine Batterie spezieller Bauart. Dieser Typ gehörte bis zum Ende der 1970er Jahre zu den meist benutzten Batterietypen. Heute wird sie für Taschenlampen, Spielzeug und elektrische Kleingeräte verwendet. Die gebräuchlichste Form ist die runde R20/UM-1 Batterie.

Entwicklung

Die Zinkchlorid-Batterie ist eine Weiterentwicklung des Leclanché-Elements. Im Vergleich zu ihrem Vorgänger ist ihre Herstellung teurer und sie muss stärker gegen Austrocknen geschützt werden. Die Zinkchlorid-Batterie liefert aber eine beständigere Spannung, verfügt über eine potentiell höhere Kapazität ^[1] und ist relativ auslaufsicher ^[2], womit die Vorteile in der Summe überwiegen.

Reaktionen

• Anodenreaktion (Minuspol):

$\mathrm{Zn \longrightarrow Zn^{2+} + 2\ e^-}$

Oxidation von Zink

• Kathodenreaktion (Pluspol):

$\mathrm{2\ MnO_2 + 2\ H_2O + 2\ e^- \longrightarrow 2\ MnOOH + 2\ OH^-}$

Reduktion von Mangandioxid zu Manganoxidhydroxid

• Gesamtreaktion:

$\mathrm{4\ Zn + 8\ MnO_2 + ZnCl_2 + 9\ H_2O \longrightarrow [ZnCl_2 * 4\ ZnO * 5\ H_2O] + 8\ MnOOH}$

• Komplexentstehung:

$\mathrm{4\ Zn + H_2O + 8\ OH^- + Zn^{2+} + 2\ Cl^- \longrightarrow [ZnCl_2 * 4\ ZnO * 5\ H_2O] \downarrow + 8\ e^-}$

Technische Daten

Im unbelasteten Zustand beträgt die Zellspannung 1,5 V. Im Betrieb sinkt sie jedoch, da sich der Zinkkomplex [ZnCl2*4ZnO*5H2O] an den Oberflächen der Elektroden absetzt und so den Widerstand im Stromkreis erhöht.

Literatur

• Jochen Fricke: Zinkchlorid-Batterie und Redox-Zellen – elektrochemische Speichersysteme für Autos und regenerative Energiequellen, in: Physik in unserer Zeit, 11(5), 157–159; doi:10.1002/piuz.19800110506.

Fußnoten und Quellen

1. ↑ Die höhere Kapazität wird durch die Senkung des Innenwiderstandes erreicht. Dies ist durch eine Volumenerhöhung bei Braunsteinpuppe (Mangandioxid) möglich. Weiter sorgen Konstruktionsmerkmale (auf Papier gestrichenes Zinkchlorid) dafür, dass die Selbstentladung nur noch gering ist.
2. ↑ Die Tatsache, dass die Reaktion Wasser verbraucht, erhöht die Auslaufsicherheit.

Galvanische Zellen

Primärzellen:  Alkali-Mangan-Batterie | Daniell-Element | Leclanché-Element | Lithium-Batterie | Lithium-Eisensulfid-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-Metallhydrid-Akkumulator | Nickel-Wasserstoff-Akkumulator | Lithium-Eisen-Phosphat-Akkumulator | Lithium-Ionen-Akkumulator | Lithium-Mangan-Akkumulator | Lithium-Polymer-Akkumulator | Lithium-Titanat-Akkumulator | Vanadium-Redox-Akkumulator
Ausführungen:  Akkumulator | Batterie | Brennstoffzelle | Konzentrationselement | Redox-Flow-Zelle | Bestandteile: Halbzelle (Donator- und Akzeptorhalbzelle)