Einzelzelle

Eine Einzelzelle ist in der Elektrochemie eine elektrochemische Zelle, die aus zwei Elektroden, einem Elektrolyten und einem Separator besteht. In einer Einzelzelle findet eine Redoxreaktion statt, die eine elektrische Spannung erzeugt. Im Gegensatz zu einer Batterie, die aus mehreren Zellen besteht, liefert eine einzelne Zelle typischerweise eine bestimmte, begrenzte Spannung.

Aufbau und Funktionsweise: Die beiden Elektroden sind in separaten Elektrolytlösungen oder in einem gemeinsamen Elektrolyten angeordnet. Die Anode bildet den negativen Pol und verursacht die Oxidation, während die Kathode den positiven Pol bildet und die Reduktion durchführt. Elektronen fließen durch den äußeren Leiter von der Anode zur Kathode, während Ionen im Elektrolyten die Ladungsausgleichsströme innerlich ermöglichen. Das Zellpotenzial (EMF) einer Einzelzelle hängt von den elektrochemischen Potenzialen der beteiligten Halbreaktionen ab und kann unter Standardbedingungen als Standard-Gesamtpotenzial E° angegeben werden. Bei nicht-standardmäßigen Bedingungen lässt sich das Potenzial mit der Nernst-Gleichung berechnen.

Typen: Die Begriffe umfassen galvanische (voltaische) Zellen, die spontan Energie liefern, sowie elektrolytische Zellen, in denen externes elektrisches Potenzial eine Reaktion erzwingt. Typische Beispiele für galvanische Einzelzellen sind die Daniell-Zelle (Zn|Zn2+||Cu2+|Cu) oder Leclanché-Zellen.

Anwendungen: Einzelzellen bilden die Bausteine von Batterien und Akkumulatoren, dienen als Mess- und Lehrbeispiele in der Chemie und finden Einsatz in kleinen elektronischen Geräten, Reagenzgeräte und verschiedene Forschungsanwendungen.

Geschichte: Die Entwicklung galvanischer Zellen geht auf Alessandro Volta zurück, der 1800 die erste chemische Spannungsquelle demonstrierte. Seitdem wurden zahlreiche Zellen mit unterschiedlichen Elektroden und Elektrolyten entwickelt, um Spannungen, Kapazität und Stabilität zu optimieren.