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Akkumulator

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Ein Akkumulator oder Akku ist ein wiederaufladbarer Speicher für elektrische Energie auf elektrochemischer Basis. Das lateinische Wort accumulator bedeutet „Sammler“ (lat. cumulus „Haufen“, accumulare „anhäufen“). Eine frühere Bezeichnung für Akkumulatoren war Sammler. Die umgangssprachliche Bezeichnung als „Batterie“ ist streng genommen nicht korrekt (zur Begriffsklärung siehe unten).

 erstmal Textsammlung

Ein einzelnes wiederaufladbares Speicherelement wird Sekundärelement oder Sekundärzelle genannt, im Gegensatz zur nicht (oder nur sehr begrenzt) wiederaufladbaren Primärzelle. Sekundärzellen lassen sich – wie Primärzellen und alle Stromquellen – zusammenschalten, entweder in Reihenschaltung (zur Steigerung der nutzbaren elektrischen Spannung) oder aber in Parallelschaltung (zur Steigerung der nutzbaren Kapazität beziehungsweise wegen der Eignung für höhere Stromstärken).

Da bei jedem Akkumulatortyp die Spannung der Akkumulatorzelle durch die verwendeten Materialien festgelegt ist, wird häufig die Reihenschaltung angewandt, um die Spannung zu erhöhen (siehe Bild Starterbatterie). Die Kapazität und die mögliche Stromstärke hängen dagegen von der Baugröße ab. Deshalb ist eine Parallelschaltung mehrerer Zellen in der Regel nicht nötig; stattdessen verwendet man einen ausreichend dimensionierten Akku.

Nickel-Cadmium-Akku

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Bis in die 1990er Jahre hatte sich der NiCd-Akkumulator zur meistverwendeten wiederaufladbaren Batterie im Endverbraucherbereich entwickelt. Danach erlangten Nickel-Metallhydrid-Akkus (NiMH) und Lithium-Systeme immer mehr Bedeutung, da letztere höhere Energiedichten aufweisen und die Verwendung des giftigen Cadmium politisch mehr und mehr unterbunden wird.

Eigenschaften

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NiCd-Akkumulatoren haben eine nominale Spannung von 1,2 V, die somit 20 % unter den 1,5 Volt normaler Batterien liegt. Das stellt jedoch kein Problem dar, da die meisten Geräte auf niedrige Spannungen von 0,9–1,0 V entladener Batterien ausgelegt sind. Durch ihren geringen Innenwiderstand können NiCd-Akkumulatoren hohe Ströme liefern. Sie werden (auch deshalb) vor allem im Modellbau und bei anderen Hochstromanwendungen genutzt. NiCd-Akkus müssen bei einer Restspannung (Entladeschlussspannung) von 0,85–0,9 V wieder aufgeladen werden, eine weitergehende Entladung führt zu Tiefentladung, die in ihren Auswirkungen gerne mit dem (bei mit modernen Ladegeräten aufgeladenen, handelsüblichen NiCd-Akkus kaum vorhandenen) Memory-Effekt verwechselt wird.

Eine bei anderen Technologien selten anzutreffende Eigenschaft ist das hervorragende Tieftemperaturverhalten von NiCd-Akkumulatoren. Selbst bei −40 °C besitzt ein Akku mit Faserstrukturplatten-Technik noch über 50 % seiner nominellen Kapazität bei Raumtemperatur.

Aufbau

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Die Elektroden des NiCd-Akkumulators bestehen in geladenem Zustand aus Platten, die am Minuspol mit fein verteiltem Cadmium und am Pluspol mit Nickel(III)-oxidhydroxid beladen sind. Als Elektrolyt wird 20-prozentige Kaliumhydroxid-Lösung verwendet. Diese Kombination liefert eine Spannung von 1,2 V.

Den Elektrodenmaterialien wird zusätzlich Graphitpulver zugegeben, um ihre Leitfähigkeit zu verbessern. Darüber hinaus werden die Elektroden von Metallen umschlossen, die elektrischen Strom gut leiten, bei den Reaktionen beim Laden und Entladen jedoch nicht stören und auch selbst nicht reagieren.

Bei Überladung des Akkumulators wird an der negativen Elektrode Wasserstoff und an der positiven Elektrode Sauerstoff produziert; man sagt der Akkumulator „gast aus“. In geschlossenen, also gasdichten Zellen muss das wegen der Explosionsgefahr unbedingt verhindert werden. Aus diesem Grund wird die negative Cadmiumelektrode überdimensioniert und dient als negative Entladereserve. Die positive Nickelelektrode enthält etwas Cadmiumhydroxid als „antipolare Masse“. Bei Überladung mit geringeren Laderaten (ca. 0,1 C), stellt sich so ein Gleichgewicht zwischen Sauerstofffreisetzung und -verbrauch ein, es wird kein Wasserstoff entwickelt.

In gasdichten Faserstruktur-NiCd-Zellen wird der entstehende Sauerstoff an einer katalytisch wirksamen Oberfläche der Faserstruktur-Rekombinationselektrode so schnell rekombiniert, dass im Betrieb sogar ein leichter Unterdruck entsteht.

Elektrochemie

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NiCd-Akkumulatoren bestehen aus folgenden Komponenten:

Code:         
einem Elektrolyten, meist 20-prozentiger Kaliumhydroxidlösung einer negativen Elektrode: Cd einer positiven Elektrode: NiO(OH) einem Separator 

Entladevorgang: An der Anode / negativen Elektrode wird Cadmium zum Cadmiumhydroxid (Cd(OH)2) oxidiert. Die freiwerdenden Elektronen fließen dann über den Verbraucher zur Kathode / positiven Elektrode. Dort wird das Nickel(III)-oxidhydroxid NiOOH zu Nickel(II)-hydroxid Ni(OH)2 reduziert.

Standardelektrodenpotentiale: E(Cd/Cd2+) = −0,81 V (in basischer Lösung); E(NiO(OH)/Ni(OH)2)= +0,49 V

Reaktionen:

Code:         
Negative Elektrode: \mathrm {Cd + 2OH^- \leftrightarrow Cd(OH)_2 + 2e^-} Positive Elektrode: \mathrm {2\, NiO(OH) + 2\, H_2O +2e^- \leftrightarrow 2\, Ni(OH)_2 + 2 OH^-} Gesamtreaktion: \mathrm {2\, NiO(OH) + Cd + 2\, H_2O \leftrightarrow 2\, Ni(OH)_2 + Cd(OH)_2} 
Code:         
\rightarrow: Entladung \leftarrow: Ladung 

Ladevorgang: Die Reaktionen laufen in umgekehrter Richtung ab, die Cadmium-Elektrode ist dann ebenfalls Minuspol, aber Kathode, da hier reduziert wird, die Nickelelektrode ist entsprechend Pluspol / Anode, an dem eine Oxidation abläuft.

Überladen: Gegen Ende des Ladezyklus steigt die Zellspannung an, ab etwa 1,55 bis 1,6 V wird die Zersetzungsspannung des Wassers unter den Bedingungen der Zelle überschritten, es kommt zum Gasen: Negative Elektrode: \mathrm {4\, H_2O + 4\, e^-\ \rightarrow 2\, H_2 + 4\, OH^-} Positive Elektrode: \mathrm {4\, OH^-\ \rightarrow 2\, H_2O + O_2 + 4\, e^-} Gesamtreaktion: \mathrm{ 2\, H_2O\ \rightarrow 2\, H_2 + O_2 }

In gasdichten NiCd-Akkus wird ein Überschuss von Cadmium(II)-hydroxid verwendet. Am Pluspol entsteht beim Überladen Sauerstoff, während am Minuspol noch Cd2+ reduziert wird. Der Sauerstoff reagiert dann mit Cadmium weiter zu Cadmium(II)-hydroxid und wird so gleich wieder verbraucht. Probleme

NiCd-Akkus enthalten das giftige Schwermetall Cadmium und müssen daher über besondere Rücknahmesysteme gesondert entsorgt werden (siehe Abschnitt Entsorgung).

Beim Überladen können NiCd-Akkumulatoren beschädigt werden:

Code:         
Ausgasen durch Überhitzung/Überladung (irreversibel) Entstehen von γ-NiOOH und dadurch Spannungsabfall (44–50 mV) Entstehen von intermetallischer Verbindung Ni5Cd21 und dadurch Spannungsabfall (120 mV) 

Auch Falschladung (Verpolen) beschädigt eine Zelle durch Ausgasen an der Anode. Dadurch entsteht auch hochentzündlicher Wasserstoff. Die Falschpolung einer Zelle innerhalb eines Akkupacks tritt bereits bei Tiefentladung auf. Die Zellen sind in Reihe geschaltet. Wenn die schwächste Zelle entladen ist, liegt an ihrer negativen Elektrode der Pluspol, an der positiven Elektrode der Minuspol der Nachbarzellen.

Hohe Ladezustände bei der Lagerung von NiCd Akkus führen zu Kristallwachstum an der Cd-Elektrode. Kristalle können die Trennschichten durchbohren und so einen inneren Kurzschluss der Zelle verursachen. NiCd-Akkus lassen sich am besten bei 40 % Ladezustand lagern, um eine Tiefentladung zu vermeiden und ein Kristallwachstum zu reduzieren. Vorteile

Im Gegensatz zu NiMH- und Lithium-basierten Akkumulatoren zeichnen sich NiCd-Zellen vor allem durch eine deutlich höhere Robustheit gegen Tiefentladung und Überladung aus. So können sie mehrere Jahre in entladenem Zustand gelagert werden, ohne Schaden zu nehmen.[4] Auch kann in einer Batterie aus reihengeschalteten NiCd-Akkumulatoren ein einheitlicher Ladezustand erreicht werden, indem diese gezielt mit geringem Strom (1/10 der Kapazität pro Stunde) überladen wird. Zellen mit einem bereits hohen Ladestand wandeln die zugeführte Energie bei hinreichend niedrigen Strömen in Wärme um, ohne dabei irreversible Schäden zu erleiden. Dieses Verfahren ist bei anderen Akkutypen nicht oder nur eingeschränkt möglich, so dass es hier wesentlich häufiger zu Schäden durch ungleichmäßigen Ladezustand der Zellen (und daraus folgende Überladung bzw. Tiefentladung) kommt. Weiterhin besitzen NiCd-Zellen günstige Eigenschaften beim Einsatz bei niedriger Umgebungstemperatur.

Beide Eigenschaften sind insbesondere bei vielen sicherheitskritischen Anwendungen von großer Bedeutung, so dass hier in vielen Fällen Lithium- oder NiMH-Akkumulatoren keinen geeigneten Ersatz bieten. Entsorgung Piktogramme auf einem NiCd-Akku. → Hauptartikel: Batterierecycling

Aufgrund der Giftigkeit des Cadmiums dürfen NiCd-Akkus nicht über den Hausmüll entsorgt werden. Es gibt für sie besondere Rücknahmesysteme, in Deutschland etwa betrieben durch die Stiftung Gemeinsames Rücknahmesystem Batterien.

NiCd-Akkus lassen sich bei ordnungsgemäßer Entsorgung gut wiederverwerten. Das Cadmium kann durch Destillation zurückgewonnen werden, da es einen wesentlich niedrigeren Siedepunkt als die anderen Bestandteile des Akkumulators hat (in der Regel Nickel und Stahl).

Kalilauge

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Kalilauge ist der Trivialname für eine stark alkalische, ätzende, wässrige Lösung von Kaliumhydroxid. Konzentrierte Kalilauge ätzt in geringem Maße Glas. Die Dichte einer 50%igen Lösung beträgt 1,505 g/cm3.

Herstellung und Transport

Technische Kalilauge enthält etwa 50 % Kaliumhydroxid und wird durch Elektrolyse (Chloralkali-Elektrolyse) von Kaliumchlorid-Lösungen hergestellt. Transportiert wird technische Kalilauge meist in Eisenfässern oder Kesselwagen.[1] Verwendung

Große Mengen Kalilauge werden in der chemischen Industrie zur Herstellung von Kaliumseife und Farbstoffen verbraucht.[2]

Eine wichtige Anwendung ist der Einsatz als Elektrolyt (meist 20%ige Lösung) in nicht verschlossenen Nickel-Cadmium-Akkumulatoren oder Nickel-Eisen-Akkumulatoren für stationäre und mobile Anwendungen (z. B. USV, Notbeleuchtung, Elektrofahrzeuge usw).

Wie andere Laugen auch, neutralisiert Kalilauge Säuren aller Art, wobei jeweils Kaliumsalze entstehen. Beispielsweise reagiert Kaliumhydroxid (KOH) mit Salzsäure (HCl aq) zu Wasser und Kaliumchlorid. Wegen ihres höheren Preises wird Kalilauge zur Abwasserneutralisation jedoch in geringerem Ausmaß eingesetzt als Natronlauge.[2]

Mit Kalilauge lässt sich im Labor Kohlenstoffdioxid aus Gasgemischen entfernen, da es mit dem gelösten Kaliumhydroxid zu Kaliumcarbonat reagiert:

Code:         
\mathrm{2\,KOH_{(aq)} + CO_{2\,(g)} \rightarrow K_2CO_{3\,(aq)} + H_2O_{(l)}} 

(aq = Wässrige Lösung)

Kaliumhydroxid Kristallstruktur Kaliumhydroxid K+ OH− Allgemeines Name Kaliumhydroxid Andere Namen

Code:         
Ätzkali Kalihydrat Kaliumoxidhydrat kaustisches Kali Kaliumhydrat E 525 Kalilauge (wässrige Lösung) 

Verhältnisformel KOH CAS-Nummer 1310-58-3 PubChem 14797 Kurzbeschreibung

weißer, hygroskopischer Stoff[1] Eigenschaften Molare Masse 56,11 g·mol−1 Aggregatzustand

fest[1] Dichte

2,04 g·cm−3[1] Schmelzpunkt

360 °C[1] Siedepunkt

1320 °C[1] Löslichkeit

gut in Wasser (1120 g/l bei 20 °C)[1] und in 2,5 Teilen Alkohol (Ethanol) Sicherheitshinweise GHS-Gefahrstoffkennzeichnung aus EU-Verordnung (EG) 1272/2008 (CLP) [2] 05 – Ätzend 07 – Achtung

Gefahr H- und P-Sätze H: 302​‐​314 P: 280​‐​301+330+331​‐​305+351+338​‐​309​‐​310 [1] EU-Gefahrstoffkennzeichnung [3] aus EU-Verordnung (EG) 1272/2008 (CLP) [2] Ätzend Ätzend (C) R- und S-Sätze R: 22​‐​35 S: (1/2)​‐​26​‐​36/37/39​‐​45 Soweit möglich und gebräuchlich, werden SI-Einheiten verwendet. Wenn nicht anders vermerkt, gelten die angegebenen Daten bei Standardbedingungen.

Kaliumhydroxid

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Kaliumhydroxid (auch Ätzkali, kaustisches Kali), chemische Formel KOH, ist ein weißer hygroskopischer Feststoff. In Wasser löst es sich unter großer Wärmeentwicklung zu der starken Base Kalilauge. Mit Kohlenstoffdioxid der Luft reagiert es zu Kaliumcarbonat und wird deshalb in luftdichten Behältern aufbewahrt. Um zu verhindern, dass Kaliumhydroxid Wasser aus der Luft bindet, kann man es mit einem Trockenmittel lagern. Das Hydroxid-Ion verdrängt als starke Base schwächere und flüchtige Basen aus ihren Salzen.

Eigenschaften

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Kaliumhydroxid ist ein weißer, stark hygroskopischer Stoff, der meist als Plätzchen oder Stangen, seltener als Pulver verkauft wird. In Wasser löst es sich unter großer Wärmeentwicklung durch die negative Lösungsenthalpie von −57,1 kJ/mol und bildet Kalilauge, im festen Zustand bildet es Mono-, Di- und Tetrahydrate. Mit dem in der Luft enthaltenen Kohlenstoffdioxid reagiert es unter Bildung von Kaliumcarbonat.

Synthese

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Heute wird Kaliumhydroxid meist durch wässrige Elektrolyse von Kaliumchlorid und anschließendes Eindampfen der Lösung gewonnen.

Verwendung

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Kaliumhydroxid wird in der Waschmittelfabrikation zur Herstellung weicher Seifen (Schmierseifen) und zur Herstellung wasserenthärtenden Kaliumphosphats für flüssige Waschmittel benutzt.

In der Mikrosystemtechnik (MST) wird KOH zum selektiven anisotropen Ätzen von einkristallinem Silicium eingesetzt.

In der Mikrobiologie wird KOH zur Unterscheidung von grampositiven und gramnegativen Bakterien im Schnelltestverfahren verwendet.

In galvanischen Sauerstoffsensoren wird es als Elektrolyt verwendet. Denselben Zweck erfüllt es auch in den weit verbreiteten Alkali-Mangan-Zellen.

In der Lebensmittelindustrie wird KOH als Säureregulator eingesetzt. Es ist in der EU als Lebensmittelzusatzstoff der Bezeichnung E 525 ohne Höchstmengenbeschränkung (quantum satis) für Lebensmittel allgemein zugelassen.

KOH wird zur Herstellung von Kaliumverbindungen, Glas, Farbstoffen, Batterien sowie als Trocknungs- und Absorptionsmittel von Kohlenstoffdioxid verwendet.

KOH kann unter starker Erwärmung bestimmte Metalle alkalisch-oxidativ aufschließen.

im Amiga

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Der Akku im Amiga dient zur Aufrechterhaltung des Datums und der Uhrzeit auch nach dem Ausschalten. Ist daher grundsätzlich in allen Geräten und Erweiterungen zu finden, die eine Uhr bereitstellen. Soweit sie nicht schon durch eine Batterie, z.B. Knopfzelle, ersetzt wurden.

3/60DK Akku

  • Specifications:NiCd Button Cell Battery
  • Nominal capacity: 60mAh
  • Nominal voltage: 3.6V
  • Weight: 10g
  • Standard charge: 6mA x 14 hours
  • Rapid charge: 12mA x 6 hours
  • Diameter: 15.2mm
  • Height: 18.5mm
TypCommo-Nr. C= Bezeichnung C= Info Form Editors Info
A 380393-01BATTERY NICAD 3.6V 60MAH3 CELLS.78 X .63 liegende Tonne 3/30DK NiCd 3,6V 60mAh div.Hersteller
B -01 Block 3,6V 100mAh Varta


VorkommenAnzahlTypPosition Bemerkung
A500+ 1 A BT9,-
A2000 Rev.4 1 B BAT,aus BSW
A2000 1 A BT800,-
A3000 1 A BT190,-
A3000-T 1 A BT190,-
A4000 Rev.B 1 A BT176,-
A501 1 A BT1 od. BT9-

und jede Menge Erweiterungen (spez. die eine Uhr haben) für den A500

Der A4000-CR(Rev.D) und der A4000-T hat eine Knopfzellen-Batterie und keinen Akku.

www.amigawiki.de

Downloads / Links

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· Zuletzt geändert: 2015/11/09 10:29