Mobile Energiequellen: Batterien, Akkus und Brennstoffzellen in der Redox-Chemie

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  • Nächste Termine:
  • 12. bis 13. Mai 2017
  • 17. bis 18. November
  • Kursleitung: Roger Deuber
  • Autor: Roger Deuber
  • Schulstufe: 10.-12. Schuljahr, Gymnasium
  • Umfang: je nach Berücksichtigung der Schülerpraktika im Labor 8 bis 12 Lektionen
Woher kommen die Elektronen in einer Batterie – und wohin gehen sie?
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Inhalte und Ziele der Unterrichtseinheit

Batterien, Akkus und Brennstoffzellen sind ein attraktives und gesellschaftlich relevantes Thema im gymnasialen Chemieunterricht. Die Integration der Erkenntnisse der modernen Lehr- und Lernforschung und die Berücksichtigung von modernen technischen Entwicklungen ermöglichen es, die komplexen chemischen und physikalischen Grundkonzepte der elektrochemischen Stromerzeugung verständlich und aktuell zu vermitteln.

 

Besonderer Wert wird auf die Anknüpfung an das Vorwissen gelegt: So werden die Schülerinnen und Schüler einerseits vor Durchführung der Unterrichtseinheit optional zur Evaluation von Vor- und Fehlkonzepten befragt. Andererseits knüpft die Einführung in die Funktion einer Batterie ohne Umweg über Halbzellenreaktionen direkt an die einfache Redoxreaktion zwischen Aluminium und Sauerstoff an. Methodisch werden die Schülerinnen und Schüler dabei durch kontrastierende Experimente schrittweise zur Beantwortung der Frage geführt , wie die Elektronen dazu gebracht werden können, in einem externen Leiter zu wandern.

Zentrale Themenbereiche der Unterrichtseinheit

(1) Chemische Voraussetzungen der externen Elektronenübertragung als Grundkonzept einer elektrischen Batterie, Funktion der Alkali-Mangan-Batterie, mit Schülerpraktikum (Herstellung einer Alu-Luft-Batterie)

(2) Zusammenspiel der Grössen Spannung, Stromstärke, spezifische Leistung und Kapazität anhand eines Vergleichs verschiedener Knopfzellen als Gruppenarbeit

(3) Wiederverwenden statt wegwerfen. Akkumulatoren sind wiederaufladbar: Chemische Prinzipien, Starterbatterie und Lithium-Ionen-Akku, mit Schülerpraktikum (Herstellung eines Lithium-Ionen-Akkus)

(4) Zukunftstechnologie Brennstoffzellen: Die Funktion der Wasserstoff- und Methanol-Brennstoffzelle im Vergleich mit herkömmlichen Batterien, Konzepte einer Wasserstoff- oder Methanolwirtschaft als Alternative zu fossilen Energieträgern

Beispiele aus der Unterrichtseinheit

Mobile Energiequelle Bild1
Mobile Energiequellen Bild2
 
 
URL der Seite: http://www.educ.ethz.ch/lernzentren/mint-lernzentrum/weiterbildungsangebote/fortbildungsangebote-im-fach-chemie/mobile-energiequellen.html
Fri May 26 13:17:31 CEST 2017
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