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2.3 Material
M 2.1 Aufbau
M 2.2 Funktion und Aufbau eines Leclanché-Elements
Beim Leclanché-Element 1 besteht die positive aktive Masse aus Mangandioxid MnO 2 , die negative
Masse ist metallisches Zink, als Elektrolyt wird eine (neutrale) Ammoniumchlorid-Lösung verwendet.
Die Vorgänge an den Elektroden und im Elektrolyten sind:
Anode: Zn Zn 2+ + 2 e -
Kathode: 2 MnO 2 + 2 H 2 O + 2 e - 2 MnOOH + 2 OH -
Elektrolyt:
Zn 2+ + 2 NH 4 Cl + 2 OH - Zn(NH 3 ) 2 Cl 2 + 2 H 2 O
Bei Stromentnahme wird also Mangandioxid zu MnOOH reduziert (Mn 4+ Mn 3+ ), und die primär
gebildeten Zink-Ionen reagieren mit dem Elektrolyten zu inaktivem Zn(NH 3 ) 2 Cl 2 . Die Brutto-
Zellreaktion ist danach wie folgt:
2 MnO 2 + Zn + 2 NH 4 Cl 2 MnOOH + Zn(NH 3 ) 2 Cl 2
Das thermodynamische Standardpotential der Zinkelektrode liegt bei -0,76 V, dasjenige der Mangandioxidelektrode
bei ca. +1.1 V. Die Ruhepotentiale unter Betriebsbedingungen ändern sich
gegenüber diesen Werten nach Maßgabe der herrschenden Zn 2+ -Aktivität (durch die Reaktion
im Elektrolyten gesteuert) bzw. der OH — Aktivität. Die theoretische Ermittlung der genauen Potentiale
konnte bisher nicht befriedigend durchgeführt werden. Beide Potentiale sind im gleichen Sinne
und Betrage pH-abhängig (am einfachsten daran zu erkennen, dass in der Zellreaktion Hydroxid-
Ionen nicht auftreten). Die praktischen Ruheklemmenspannungen liegen zwischen 1.5 und 1.6 Volt
und sind u. a. auch von der Herkunft des verwendeten Mangandioxids abhängig (z. B. natürliches
oder elektrolytisch hergestelltes MnO 2 ). Besonders bemerkt sei, dass sich bei Tiefentladungen die
Zellreaktion sowie die gebildeten Produkte ändern:
1
1865 von Leclanché erstmalig beschrieben.