Monozelle

Eine Monozelle ist eine elektrische Quelle, bei der durch chemische Reaktionen Elektronen für die elektrische Leitung zur Verfügung gestellt werden. Ist die chemische Reaktion vollständig beendet, kann keine weitere elektrische Energie aus der Monozelle bezogen werden. Anders als ein Akkumulator ist eine Monozelle also nicht wieder aufladbar.

Das Prinzip einer Monozelle basiert, stark vereinfacht ausgedrückt, auf einer besonders gelenkten chemischen Reaktion. Ein Merkmal chemischer Reaktionen ist der Austausch von Hüllenelektronen zwischen den beteiligten Reaktionspartnern. Bei einer Monozelle führt man die Reaktion so, dass die Elektronen über den Umweg des Leitungsdrahtes zu dem entsprechenden Reaktionspartner gelangen.

Auch wenn es heute eine Vielzahl von verschiedenen Materialkombinationen zur Herstellung von Batterien gibt, ist nach wie vor die bereits im Jahre 1866/67 erfundene Zink-Kohle-Zelle sehr häufig im Gebrauch. Bei ihr bestehen die Elektroden aus Zink und Kohle, wobei die Letztere mit Braunstein ummantelt ist. Zwischen beiden Elektroden befindet sich Salmiaklösung ($N{H}_{4}Cl$) als Elektrolyt. Die Salmiaklösung wird meist durch Zugabe von quellenden Materialien eingedickt, dann nennt man die betreffende Zelle auch Trockenelement.

Die Zinkelektrode ist gleichzeitig die Hülle der Batterie und damit ebenfalls eine Kontaktstelle zum Abgriff der Spannung.
Im Einzelnen gehen folgende Reaktionen vonstatten:

An der Katode wird das Zink in die Lösung überführt

$Zn+2O{H}^{-}\to Zn{O}_2{H}_2+2e^{-}$

An der Anode verhindert der Braunstein die Freisetzung von Wasserstoff:

$2Mn{O}_2+2H_{2}O+2e^{-}\to 2Mn{O}_{2}H+2O{H}^{-}$

Die Urspannung der Zink-Kohle-Zelle beträgt 1,5 V. Mit ihrer zunehmenden chemischen Veränderung sinkt diese Spannung kontinuierlich ab. Wegen ihrer nur einmaligen Verwendbarkeit ersetzt man zunehmend die Zink-Kohle-Batterien durch wiederaufladbare Kleinakkumulatoren. Die dabei wegen ihrer hohen Zahl an Ladezyklen oft genutzte Nickel-Cadmium-Zelle hat gegenüber der herkömmlichen Zink-Kohle-Zelle den wesentlichen Nachteil, dass ihre Urspannung lediglich 1,35 V groß ist. Viele batteriebetriebene Geräte können mit dieser niedrigeren Spannung nicht richtig arbeiten oder besitzen dann eine deutlich verkürzte Einsatzsdauer.