Grundlage: Galvanische Zelle

Grundprinzip

Die Galvanische Zelle basiert auf dem Bestreben mancher Elemente Elektronen abzugeben, und dem Bestreben anderer Elemente diese aufzunehmen.

Dieses Phänomen lässt sich am Beispiel von Kupfer und Zink gut nachvollziehen:

• Zinkatome geben Elektronen leicht ab, wodurch sie zu Zinkionen (Zn²⁺) werden.
• Kupferatome hingegen neigen dazu, ihre Elektronen zurückzuhalten, weshalb Kupferionen (Cu²⁺) Elektronen aufnehmen, um in den neutralen Zustand zurückzukehren.
  

Taucht man also ein Stück Zinkmetall in eine Kupfersulfat-Lösung so gibt das Zink Elektronen ab und geht als Ion in Lösung, während das Kupferion die Elektronen aufnimmt und sich als Metall abscheidet. Dabei müssen stets beide Prozesse gleichzeitig ablaufen. (Holleman et al., 2007)

Grundprinzip der galvanischen Zelle

Bei einer galvanischen Zelle macht man sich dieses Phänomen zu nutze. Die Reaktionsorte werden dabei mithilfe einer Membran räumlich getrennt, die weder Kupfer- noch Zinkionen passieren lässt. Dadurch kann der Elektronenaustausch nur über einen Leiter erfolgen mit welchem die Elektroden miteinander verbunden sind. Somit wandelt man chemische Energie in elektrische. Baut man zwischen den elektrischen Leiter einen Verbraucher (z.B.: eine Lampe) ein, kann diese mit der entsprechenden Spannung der Zelle betrieben werden.

Abbildung: Schematische Darstellung einer galvanischen Zelle

Die elektrische Spannung in einer galvanische Zelle hängt von den verwendeten Stoffen (hier Kupfer und Zink), der Temperatur und den jeweiligen Konzentrationen ab. Durch Anlegen einer größeren Gegenspannung  kann der Stromfluss umgekehrt werden, was dem „Aufladen“ der Batterie entspricht. Dabei kehren sich auch die Reaktionsgleichungen um:

© Zerouali, A., Brinkmann, J., Frömmel, M. & Koenen, J. (2024) Toolbox Lehrerbildung – ViFoNet Fortbildungsmodul: Grundlage – Galvanische Zelle. (URL).