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Versuche

Der Lithiumionen-Akku

Zielsetzung 

  • Ladeprozess als erzwungene Redoxreaktion (Elektrolyse)
  • Entladeprozess als freiwillige Redoxreaktion (Galvanisches Element)

Hinweise zum Experiment

Damit in Chemie bzw. beim Experimentieren keine Unfälle passieren, musst du auf die Sicherheit achten. Die Sicherheit ist immer wichtig, wenn du in einem Fachraum oder Labor bist. Bitte beachte bei allen Experimenten die Hinweise zur Sicherheit im Labor.

CC-BY-NC 4.0 / Joachim Herz Stiftung; Hanne Rautenstrauch
Abb. 1 Versuchsmaterial

Material

  • Becherglas \(\ce{50\,ml}\)
  • 2 Krokodilklemmen und 2 Kabel 
  • Verbraucher (Motor oder Glühlampe) 
  • Spannungsquelle 

Chemikalien

  • Propylencarbonat 
  • Lithiumperchlorat 
  • 2 Graphitelektroden (Bleistiftminen) (Abb. 1)

Hinweise zur Gefährdungsbeurteilung

Dieses Experiment darf nur im Fachraum durchgeführt werden! 

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Edukte

Stoffname Summenformel Gefahrenhinweise
Propylencarbonat \(\ce{C4H6O3}\)
GHS07 - Giftig Kat. 4 (Gesundheitsschädlich), Ätz- oder Reizwirkung Kat. 2, niedrigere systemische Gesundheitsgefährdung
H319: Verursacht schwere Augenreizung.
P305+P351+P338: BEI KONTAKT MIT DEN AUGEN: Einige Minuten lang behutsam mit Wasser spülen. Eventuell vorhandene Kontaktlinsen nach Möglichkeit entfernen. Weiter spülen.
Link zur GESTIS-Stoffdatenbank
Lithiumperchlorat \(\ce {LiClO_4} \)
GHS03 - Brandfördernd GHS07 - Giftig Kat. 4 (Gesundheitsschädlich), Ätz- oder Reizwirkung Kat. 2, niedrigere systemische Gesundheitsgefährdung
H272 Kann Brand verstärken; Oxidationsmittel. H315 Verursacht Hautreizungen. H319 Verursacht schwere Augenreizung. H335 Kann die Atemwege reizen.
P220 Von Kleidung und anderen brennbaren Materialien fernhalten. P261 Einatmen von Staub / Rauch / Gas / Nebel / Dampf / Aerosol vermeiden. P305+P351+P338 BEI KONTAKT MIT DEN AUGEN: Einige Minuten lang behutsam mit Wasser spülen. Eventuell vorhandene Kontaktlinsen nach Möglichkeit entfernen. Weiter spülen.
Link zur GESTIS-Stoffdatenbank
Propylencarbonat
\(\ce{C4H6O3}\)
GHS07 - Giftig Kat. 4 (Gesundheitsschädlich), Ätz- oder Reizwirkung Kat. 2, niedrigere systemische Gesundheitsgefährdung
H319: Verursacht schwere Augenreizung.
P305+P351+P338: BEI KONTAKT MIT DEN AUGEN: Einige Minuten lang behutsam mit Wasser spülen. Eventuell vorhandene Kontaktlinsen nach Möglichkeit entfernen. Weiter spülen.
Lithiumperchlorat
\(\ce {LiClO_4} \)
GHS03 - Brandfördernd GHS07 - Giftig Kat. 4 (Gesundheitsschädlich), Ätz- oder Reizwirkung Kat. 2, niedrigere systemische Gesundheitsgefährdung
H272 Kann Brand verstärken; Oxidationsmittel. H315 Verursacht Hautreizungen. H319 Verursacht schwere Augenreizung. H335 Kann die Atemwege reizen.
P220 Von Kleidung und anderen brennbaren Materialien fernhalten. P261 Einatmen von Staub / Rauch / Gas / Nebel / Dampf / Aerosol vermeiden. P305+P351+P338 BEI KONTAKT MIT DEN AUGEN: Einige Minuten lang behutsam mit Wasser spülen. Eventuell vorhandene Kontaktlinsen nach Möglichkeit entfernen. Weiter spülen.
CC-BY-NC 4.0 / Joachim Herz Stiftung
Abb. 2 Versuchsaufbau

Vorbereitung

\(\ce{1060\,mg}\) Lithiumperchlorat werden in \(\ce{20\,ml}\) Propylencarbonat gelöst. Dazu muss das Gemisch ca. \(\ce{15\,min}\) gerührt werden.

Durchführung

  • An den Graphitelektroden wird mit einer Krokodilklemme jeweils ein Kabel befestigt. 
  • Die Graphitelektroden werden in die Elektrolytlösung getaucht. 
  • Achtung: Die Elektroden dürfen sich nicht berühren! 
  • Die freien Kabelenden werden an der Spannungsquelle angeschlossen. 
  • Bei \(\ce{4,5\,V}\) wird der Akku für \(\ce{3\,min}\) aufgeladen.
  • Achtung: Spannung nicht höher stellen, sonst zersetzen sich die Graphitelektroden. 
  • Nach dem Aufladen werden die Kabelenden von der Spannungsquelle entfernt und an einen Verbraucher (Motor oder Glühbirne) angeschlossen.

Hinweise zur Entsorgung

Der Elektrolyt wird in den Behälter „Halogenhaltige Lösemittel“ entsorgt!

Aufgabe
Aufgabe

Führe den Versuch durch. Was kannst du beobachten?

Lösung

Beobachtung

Beim Anschluss an den geladenen Akku beginnt sich der Motor zu drehen bzw. die Glühbirne zu leuchten. 

Erklärung

Beim Ladevorgang werden Lithiumkationen im Graphitgitter eingelagert (interkaliert), wodurch sich ein Elektronenüberschuss aufbaut. Diese Reaktion wird durch die angelegte Spannung erzwungen (Elektrolyse). 

Beim Entladevorgang werden die Lithiumionen aus dem Graphitgitter in die Elektrolytlösung abgegeben, wodurch sich der Elektronenüberschuss nach und nach abbaut. Diese Reaktion läuft freiwillig ab (Galvanisches Element).