Laden des Akkus und Entladen des Akkus

Bevor wir uns im Detail mit diesem Thema, also der Ladung und Entladung von Batterien, befassen, versuchen wir zunächst zu verstehen, was Oxidation und Reduktion sind. Denn, Batterien werden durch Oxidations- und Reduktionsreaktionen entladen oder geladen.
Um die Theorie von Oxidation und Reduktion zu verstehen, können wir direkt zu einem Beispiel einer chemischen Reaktion übergehen. Betrachten wir die Reaktion zwischen Zinkmetall und Chlor.

In dieser Reaktion gibt das Zink (Zn) zunächst zwei Elektronen ab und wird zu positiven Ionen.

Hier akzeptiert jedes Chloratom ein Elektron und wird zu einem negativen Ion.

Diese beiden gegensätzlich geladenen Ionen verbinden sich nun, um Zinkchlorid (ZnCl2) zu bilden.
In dieser Reaktion wird das Zink, da es Elektronen abgibt, oxidiert, und das Chlor, da es Elektronen akzeptiert, reduziert.
Wenn ein Atom Elektronen abgibt, erhöht sich seine Oxidationszahl. In unserem Beispiel wird die Oxidationszahl des Zinks von 0 auf +2. Da die Oxidationszahl ansteigt, wird dieser Teil der Reaktion als Oxidationsreaktion bezeichnet. Andererseits, wenn ein Atom Elektronen akzeptiert, nimmt seine negative Oxidationszahl zu, was bedeutet, dass die Oxidationszahl des Atoms im Vergleich zur Nullreferenz abnimmt. Da die Oxidationszahl verringert oder reduziert wird, wird dieser Teil der Reaktion als Reduktion bezeichnet.

Entladung der Batterie

In einer Batterie sind zwei Elektroden in einem Elektrolyt getaucht. Wenn eine externe Last an diese beiden Elektroden angeschlossen wird, beginnt in einer Elektrode eine Oxidationsreaktion, während gleichzeitig in der anderen Elektrode eine Reduktion stattfindet.
An der Elektrode, an der Oxidation stattfindet, werden die Elektronen überschüssig. Diese Elektrode wird als negative Elektrode oder Anode bezeichnet.

Andererseits findet bei der Entladung der Batterie in der anderen Elektrode eine Reduktionsreaktion statt. Diese Elektrode wird als Kathode bezeichnet. Die überschüssigen Elektronen an der Anode fließen nun durch die externe Last zur Kathode. An der Kathode werden diese Elektronen akzeptiert, was bedeutet, dass das Kathodenmaterial in eine Reduktionsreaktion involviert ist.
Nun sind die Produkte der Oxidationsreaktion an der Anode positive Ionen oder Kationen, die durch den Elektrolyt zur Kathode fließen, während gleichzeitig die Produkte der Reduktionsreaktion an der Kathode negative Ionen oder Anionen sind, die durch den Elektrolyt zur Anode fließen.
Betrachten wir ein praktisches Beispiel, um die Entladung einer Batterie zu illustrieren. Nehmen wir eine Nickel-Cadmium-Zelle. Hier ist Cadmium die Anode oder negative Elektrode. Während der Oxidation an der Anode reagiert Cadmium-Metall mit OH–-Ionen, gibt zwei Elektronen ab und wird zu Cadmiumhydroxid.

Die Kathode dieser Batterie besteht aus Nicketoxyhydroxid oder einfach Nicketoxid. An der Kathode findet eine Reduktionsreaktion statt, und durch diese Reduktionsreaktion wird Nicketoxyhydroxid durch Akzeptieren von Elektronen zu Nickethydroxid.

Ladung der Batterie

Während der Ladung der Batterie wird eine externe Gleichstromquelle an die Batterie angeschlossen. Der negative Pol der Gleichstromquelle wird an die negative Platte oder Anode der Batterie angeschlossen, und der positive Pol der Quelle wird an die positive Platte oder Kathode der Batterie angeschlossen.

Nun werden durch die externe Gleichstromquelle Elektronen in die Anode injiziert. Anstelle der Kathode findet an der Anode eine Reduktionsreaktion statt. Tatsächlich findet bei der Entladung der Batterie die Reduktionsreaktion an der Kathode statt. Durch diese Reduktionsreaktion gewinnt das Anodenmaterial Elektronen zurück und kehrt in seinen vorherigen Zustand zurück, bevor die Batterie entladen wurde.
Da der positive Pol der Gleichstromquelle an die Kathode angeschlossen ist, werden die Elektronen dieser Elektrode vom positiven Pol der Gleichstromquelle angezogen. Als Ergebnis findet an der Kathode eine Oxidationsreaktion statt, und das Kathodenmaterial kehrt in seinen vorherigen Zustand (bevor es entladen wurde) zurück. Dies ist die grundlegende Mechanik der Ladung einer Batterie.

Nehmen wir ein Beispiel einer wiederaufladbaren Nickel-Cadmium-Zelle. Während der Ladung der Batterie werden die negativen und positiven Pole der Lade-Gleichstromquelle an die negativen und positiven Elektroden der Batterie angeschlossen. Hier an der Anode findet aufgrund der Elektronen vom negativen Pol der Gleichstromquelle eine Reduktion statt, durch die Cadmiumhydroxid wieder zu rohem Cadmium wird und Hydroxidionen (OH–) in den Elektrolyt abgibt.

An der Kathode oder positiven Elektrode wird durch Oxidation Nickethydroxid zu Nicketoxyhydroxid, wobei Wasser in die Elektrolytlösung abgegeben wird.

Während der Ladung der Batterie kehrt die sekundäre Batterie in ihren ursprünglichen geladenen Zustand zurück und ist bereit für weitere Entladungen.

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