Knopfzellen Aufbau

Knopfzellen Aufbau

Knopfzellen-Aufbau

Knopfzellen-Aufbau

Für die Erklärung der Funktionsweise und des Aufbaus von Knopfzellen wird hier schematisch auf den Aufbau einer Zink-Sauerstoff Batterie zurück gegriffen, die aufgrund ihrer geringen Selbstentladung und der hohen Kapazität für Knopfzellen oft verwendet worden ist und noch wird. Der Becher (blau) und somit der Boden von Knopfzellen dient als positiver Pol, der über ein Luftloch Sauerstoff aufnimmt. Dieser wird in eine entsprechende Masse (gelb), das heißt in einen Kohlestift, und in ein Netz (hellblau) zumeist aus Aktivkohle geleitet. Die Reaktion von Sauerstoff und Kohlenstoff führt unter Elektronenzugabe zur Reduktion der Sauerstoffmoleküle. Ein Separator verhindert, dass Anode (grau) und Kathode in Kontakt kommen, ist aber durchlässig für die Atome. Bei der nun zu beobachtenden Reaktion von Zink und Sauerstoff werden Elektronen abgegeben, die über den Deckel, der den negativen Pol (schwarz) darstellt, bei einem geschlossenen Stromkreis wieder durch den Verbraucher und in den positiven Pol wandern. Um die Elektronenabgabe auszugleichen, werden gleichzeitig positive Zink-Ionen in das enthaltene Elektrolyt abgegeben, so dass im entsprechenden Kreislauf auch wieder weitere Elektronen abwandern.

Zwischen positivem und negativen Pol, das heißt zwischen Becher und Deckel, liegt ein Kunststoff Dichtring (rot), der den Kontakt zwischen beiden Polen und somit einen Kurzschluss verhindert. Die ablaufende Reaktion innerhalb von Knopfzellen ist eine Redoxreaktion, das heißt, dass durch die gleichzeitige Oxidation von Zink und Reduktion von Sauerstoff eine kontinuierliche Spannung anliegt. Man spricht hier von einer konstanten Entladespannung bei niedrigem Stromfluss, was Knopfzellen äußerst langlebig und daher besonders geeignet für den Einsatz in Armbanduhren macht.

Durch die Aufnahme von Zink-Ionen entstehen im Verlauf der chemischen Reaktion Wassermoleküle, die allmählich eine Entladung der Knopfzelle bewirken, indem das Elektrolyt immer weiter verwässert wird. Da dieser Vorgang durch die konstante Spannung jedoch einige Zeit in Anspruch nimmt und die meisten Verbraucher nur wenig Energie benötigen, können einige Jahre vergehen, ehe die Knopfzellen aufgebraucht sind. Vor allem in Hörgeräten kommen Knopfzellen aus Zink-Sauerstoff aufgrund ihrer Langlebigkeit zum Einsatz, während für viele andere kleine Geräte andere Knopfzellen verwendet werden.