MINT üben

Akkumulatoren

Lithium, Blei und Nickel — 30 Übungen dazu, wie Akkus Energie speichern und wieder abgeben.

Ihr Fortschritt:
0 / 0 Aufgaben
1

Übungsaufgaben

Dreißig Aufgaben, bunt gemischt — zum Klicken, Ziehen, Zuordnen, Rechnen und Knobeln. Jede Übung gibt Ihnen sofort Rückmeldung; bei Schwierigkeiten helfen Ihnen die gestuften Tipps. Die Chips zeigen das Anforderungsniveau: AFB I heißt wiedergeben und direkt anwenden, AFB II heißt selbst entscheiden und verknüpfen, AFB III heißt begründen, beurteilen oder eine Falle durchschauen. Mix verbindet Wissen aus mehreren Unterkapiteln, Trick warnt: Hier steckt eine Falle drin. Der Balken oben zeigt Ihnen, wie viele der 30 Aufgaben Sie schon gelöst haben.

A1
Mix: Zellen mit PbO₂ als Pluspol
AFB IIMix

Stellen Sie die Zellspannungen der vier Zellen dar, die \(\ce{PbO2}\) (saure Lösung) als Pluspol und je ein anderes Metall als Minuspol haben (Standardbedingungen). Stellen Sie die Balken ein.

Redoxpaar\(E^\circ\) in V
\(\ce{Zn^2+}/\ce{Zn}\)−0,76
\(\ce{Cd^2+}/\ce{Cd}\)−0,40
\(\ce{Ni^2+}/\ce{Ni}\)−0,26
\(\ce{Fe^2+}/\ce{Fe}\)−0,44
\(\ce{PbO2}/\ce{PbSO4}\)+1,69
Balken mit der Maus ziehen oder nach Tab mit ↑/↓ einstellen.
ΔE = E°(PbO₂/PbSO₄) − E°(Metall): Cd 1,69 + 0,40 = 2,09 V; Ni 1,69 + 0,26 = 1,95 V; Fe 1,69 + 0,44 = 2,13 V; Zn 1,69 + 0,76 = 2,45 V. Typischer Fehler: bei negativen Standardpotenzialen zu subtrahieren statt zu addieren.
Das Metall am Minuspol hat das kleinere Potenzial; ΔE = E°(Pluspol) − E°(Minuspol).
2,09 V; 1,95 V; 2,13 V; 2,45 V.
A2
Begriffe rund um den Akku
AFB I

Ordnen Sie jedem Begriff die passende Bedeutung zu: Decken Sie zwei Karten auf, die zusammengehören.

Decken Sie zwei Karten auf, die zusammengehören. Mit der Tastatur: Tab zur Karte, Enter aufdecken, Pfeiltasten zum Wandern.
Ein Akku ist ein Sekundärelement. Beim Überladen bleibt kein Bleisulfat mehr zum Umsetzen, deshalb wird Wasser zersetzt. Bleisulfat entsteht beim Entladen an beiden Platten, das Ladegerät erzwingt die Rückreaktion, und die Säuredichte sinkt beim Entladen, weil Schwefelsäure verbraucht wird. Typischer Fehler: Überladen mit Laden zu verwechseln.
Überlegen Sie, was beim Entladen entsteht und was beim Laden erzwungen wird.
Sekundärelement – wiederaufladbar; Überladen – Wasserzersetzung; Bleisulfat – Entladeprodukt; Ladegerät – Rückreaktion; Säuredichte – sinkt.
A3
Handy-Akku
AFB II

Ein Smartphone-Akku hat die Aufschrift 3,85 V, 4000 mAh (\(F = 96\,485\,\text{C/mol}\)). Berechnen Sie schrittweise.

Rechne die Kette Schritt für Schritt: Erst wenn ein Schritt stimmt, wird der nächste freigeschaltet. Enter prüft.
  1. Ladung \(Q\) = C
  2. \(n(\ce{Li+})\), das je Entladung wandert = mmol
  3. gespeicherte Energie \(W\) = Wh
\(Q = 4{,}000\,\text{A} \cdot 3600\,\text{s} = 14\,400\,\text{C}\); \(n = Q/F = 0{,}149\,\text{mol}\) (ein Li⁺ je Elektron); \(W = 3{,}85\,\text{V} \cdot 4{,}0\,\text{Ah} = 15{,}4\,\text{Wh}\). Typischer Fehler: mAh direkt als C einsetzen.
Ansatz: 1 Ah = 3600 C.
Weiter: z = 1: Pro Elektron wandert ein Li⁺.