Elektrochemie // 2015
7. Mai 2015 Universität Flensburg, 24943 Flensburg, Auf dem Campus 1 , Raum 444 des Hauptgebäudes, 15-19 Uhr
Anmeldung per Mail an Frau Ruff: ruff-TextEinschliesslichBindestricheBitteEntfernen-@uni-flensburg.de , letzter Anmeldetermin: 30.4.2015
Veranstalter und Betreuer: Prof. Dr. Maike Busker, Dr.Manfred Schenzer, Hanne Rautenstrauch, Dominique Rosenberg, Anne Rebenstorff, Prof. em. Dr. Walter Jansen
Neueste elektrochemische Versuche und Konzepte
Die Elektrochemie ist heute ein für die Entwicklung der menschlichen Gesellschaft besonders wichtiges Teilgebiet der Chemie. Es geht zum einen um die Entwicklung von Hochleistungs-Batterien und – Akkumulatoren für den Fahrzeugantrieb und die Kommunikationstechnologie, zum anderen um die Speicherung von unregelmäßig anfallender elektrischer Energie zum Beispiel aus Windanlagen. Die Problematiken und die Lösungsansätze lassen sich in einem experimentellen Chemieunterricht realisieren, wie das folgende Programm zeigt.
Programm
15.00 Uhr Einführung und Kurzvortrag zu modernen und zukunftsträchtigen elektrochemischen Energiesystemen
15.30 Uhr Kaffeepause
15.45 Arbeit in Gruppen an den untenstehenden Stationen
Station 1
Batterien und Akkumulatoren mit der neuartigen Kohleelektrode nach Oetken
Zink/Luft-Batterie, Zink/Chlor-Akku, Wasserstoff/Sauerstoff-Brennstoffzellen
Die Zink/Luft-Batterie spielt schon heute als elektrochemische Energiequelle eine große Rolle. Sie könnte auch im großen Maßstab für die Energie-Versorgung und –Speicherung zur Verfügung stehen, wenn man sie zu einem Akkumulator weiter entwickeln könnte. Die Wasserstoff/Sauerstoff-Brennstoffzellen werden, wie das Beispiel der japanischen Autoindustrie zeigt, wieder für die elektrochemische Energiewandlung in Elektroautomobilen genutzt.
Station 2
Organische Batterien und Akkumulatoren die Energiespeicherung der Zukunft?
Der Benzochinon/Anthrachinon-Akkumulator, die Alizarin-Batterie, der Vitamin C –Akkumulator
Die Speicherung elektrischer Energie aus Wind- und Solaranlagen gehört zu den dringendsten Problemen der sogenannten Energiewende. Weil diese Energie sehr unregelmäßig anfällt. Vielleicht sind Akkumulatoren mit organischen Elektrodenmaterialien in sogenannten Fließsystemen die Lösung. Die Versuche zeigen vielversprechende Ansätze.
Station 3
Energieeinsparungen bei großtechnischen Elektrolysen
Salzsäure-Elektrolyse und Chlor-Alkali-Elektrolyse mit der Sauerstoffverzehrkathode (Neuartige Kohleelektrode nach Oetken)
Die Chlor-Alkali-Elektrolyse und die Salzsäure-Elektrolyse gehören zu den bedeutendsten elektrochemischen Verfahren der chemischen Industrie. Der Bedarf an elektrischer Energie ist enorm, die Produkte Chlor und Natronlauge werden stark nachgefragt. Für den anfallenden Wasserstoff muss heute häufig eine geeignete Verwendung gesucht werden, wenn er nicht einfach verbrannt werden soll. Die neuesten Anlagen von der Bayer AG entwickelt und von ThyssenKrupp-Uhde gebaut, vermeiden mit der Sauerstoffverzehrkathode die Bildung von Wasserstoff und sparen dafür ein Drittel der elektrischen Energie ein.
Station 4
Lithium-Ionen-Akku und Lithium-Metall-Batterie
Lithium-Ionen-Akkumulator nach Oetken und Hasselmann, Lithium-Metall-Batterie nach Oetken und Hasselmann
Die inzwischen käuflichen Elektroautos werden mit äußerst wirksamen Lithium-Ionen-Akkumulatoren betrieben, die auch in Rechnern, Handys usw. zu finden sind. Wenn man die Lithium-Metall-Batterie zu einem wirksamen Akkumulator entwickeln könnte, hätte man ein noch energiereicheres System in der Hand. Die Versuche, die Oetken und Hasselmann entwickelt haben, zeigen, wie diese Technologie in einfachen Versuchen im Chemieunterricht zu realisieren sind.
Station 5
Neue Experimente und Erkenntnisse zur Zitronenbatterie
Grundversuch mit Zitrone und verschiedenen Elektrodenmaterialien, Versuchsserie mit Potentialmessungen in Zitronensäure-Lösung
Die sogenannte Zitronenbatterie ist im Chemieunterricht, in Experimentierbüchern für Kinder und in Medien noch immer aktuell. Anders als bei den organischen Batteriesystemen (Station 2) ist die Zitronensäure nicht Elektrodenmaterial sondern nur Elektrolyt. Es handelt sich vielmehr um Zink/Kupfer- oder Eisen/Kupfer-Elemente. Bis heute werden die Reaktionen an der Kupferelektrode kontrovers diskutiert, ob an der Kupferelektrode Wasserstoff-Ionen reduziert werden, oder ob der eindiffundierende Luftsauerstoff verantwortlich ist.
Station 6
Rosten gegen Gelenkschmerzen – der elektrochemische Hintergrund von Wärmepflastern
Elektrochemische Wärmeerzeugung durch Sauerstoffkorrosion des Eisens in Wärmepflastern, Eisen/Luft-Batterie, Wärmeerzeugung durch Korrosion von Aluminium und Zink, Bierdosen-Batterie
Wärmepflaster mit einem langanhaltenden Effekt enthalten als wirksamen Bestandteil Eisenpulver, das bei Sauerstoffzutritt unter Freisetzung von Wärmeenergie korrodiert. Es wird gezeigt, dass dieser Effekt elektrochemischer Natur ist, und dass die Reaktion von Eisen und Sauerstoff auch in einer Batterie, der Eisen /Luft-Batterie, genutzt werden kann. Auch Metalle wie Aluminium und Zink lassen sich elektrochemisch schnell korrodieren; die dabei erzielten Temperaturen lassen aber eine Verwendung in Wärmepflastern nicht zu.
Anmerkungen
Im Laufe der Veranstaltung werden von den Arbeitsgruppen die Stationen gewechselt. Es können aus Zeitgründen nicht alle Stationen durchlaufen werden. Bei Bedarf kann eine weitere Kaffeepause eingeschaltet werden. Es wird umfängliches schriftliches Material ausgegeben. Kohlefolien für die Elektroden bei Lithium-Ionen-Akkus und organischen Batterien, neuartige Kohleelektroden nach Oetken, Blumentopfdiaphragmen und Elektrolytlösungen für Lithium-Ionen-Akkus können gegen Erstattung unsrer Kosten erworben werden.
Anmeldung
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