Warum sind Batterien nicht wieder aufladbar?
Ich dachte immer, dass wenn ich eine galvanische Zelle habe, ich die Redoxreaktion immer umkehren kann und für den Fall dass eine selbst angelegte Spannung vorlegt man jedes galvanische Element wieder umkerhren kann, weil die Redoxreaktion immer umkehrbar ist.
Oder ist das etwa nicht so? Gibt es irreversible Redoxreaktionen und wenn ja woran kann ich das erkennen?
Lg
2 Antworten
Gibt es irreversible Redoxreaktionen
Wie man's nimmt...
Nehmen wir mal als Beispiel die Verbrennung von Benzin zu Wasser und CO2: Eine klassische Redoxreaktion. Kann man die Rückreaktion als Reduktion durchführen, indem man einfach Wasser und CO2 in ein Gefäß packt und ordentlich Hitze dran gibt? Nein. Ist also rein praktisch nicht direkt reversibel.
Aber natürlich kann man Wasser und CO2 mit einer Hochtemperaturelektrolyse in Wasserstoff und CO spalten und mit diesem Synthesegas z.B. per Fischer-Tropsch-Verfahren Kohlenwasserstoff-Moleküle synthetisieren, welche wiederum kombiniert und geteilt werden können bis man Benzin erhält. Also es gibt sehr wohl einen Weg, wie man aus Wasser und CO2 wieder Benzin gewinnen kann, also ist die Verbrennung von Benzin technisch nicht irreversibel.
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Und das ist halt auch bei klassischen Batterien in etwa so. Dass die Redoxreaktion grundsätzlich irgendwie umkehrbar ist, heißt nicht dass dies auch praktikabel ist.
Beispielsweise haben Alkaline-Batterien (Zink und Manganoxid) einen Elektrolyten (KOH-Lösung), welcher bei der Reaktion verbraucht wird. Also die Reaktion, bei der Zink odixidert und Mangan reduziert wird, verbraucht Wasser und Hydroxidionen und wenn die Batterie "leer" ist, enthält sie diese beiden Komponenten nicht mehr, die Batterie ist trocken.
Nun sind aber Elektronen in nichtmetallischen Feststoffen üblicherweise nicht mobil, sondern für einen Elektronenaustausch ist ein flüssiges Millieu erforderlich. Heißt: Wenn du versuchst, das entstandene Zinkoxid einer "leeren" Alkaline-Batterie wieder zu reduzieren, haben deine eingespeisten Elektronen gar keine Chance, größere Teile des Zinkoxids zu erreichen.
Weiterhin könntest du bei dem Versuch, Zinkoxid zu reduzieren und Manganhydroxid zu oxidieren (also die Batterie-Redoxreaktion umzukehren) nicht sicherstellen, dass dabei unbedingt wieder KOH-Lösung entsteht. Könnte ja auch sonstwas an Reaktionsprodukten entstehen. Was dann natürlich nicht beim nächsten Entladevorgang mitwirkt. Also die Kapazität der Batterie innerhalb eines Ladezyklus' drastisch reduziert.
Deshalb ist die Entladungsreaktion einer solchen Batterie nicht einfach reversibel, indem man sie andersrum anpolt und eine passende Spannung anlegt. Ungeachtet des Umstandes, dass es natürlich technische (Um-)Wege gibt.
Das ist der Punkt, der Batterien von Akkus unterscheidet. Bei Akkus bekommst du bei der Rückreaktion durch reine Umpolung deine Ausgangsprodukte 1:1 wieder zurück.
Das kann tatsächlich prinzipiell unmöglich sein. Denk z.B. an eine Zink/Kupfer-Batterie: Beim Entladen wird Zink-Metall zu Zn²⁺ oxidiert, aber wenn Du eine Spannung anlegst und elektrolysiert, dann würde nicht Zunk rückgebildet werden, sondern stattdessen durch Reduktion des Wassers Wasserstoff entstehen (Spannungsreihe).
In anderen Fällen wäre die Entladung durch Elektrolyse im Prinzip zwar umkehrbar, aber die Bauart der Batterie erlaubt es nicht, oder der Prozeß wäre ineffizient weil das rückgebildete Metall keine feste Elektrode bildet, sondern teilweise als Brösel in der Lösung anfällt, oder eine Nebenreaktion produziert etwas Gas, das nach einige Lade/Entladecyclen den Behälter sprengt. Akkus müssen gegen alle diese Probleme abgesichert sein, und das macht ihre Bauart viel aufwendiger als eine simple Einmalbatterie, bei der man nicht den Kopf um all diese Komplikationen zerbrechen muß.