Experimentierset LITHIUM+ erweiterte und überarbeitete Version

Artikel-Nr. LAS 110
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2.14, 2.6, 3.3
erweiterte und überarbeitete Version Endlich Experimente zum Themenfeld "Lithium-Ionen-Akkumulator"! Erfahren Sie, wie Sie mit schulisch relevanten Mitteln auf einfache Weise einen leistungsfähigen Lithium-Ionen-Akkumulator (Dual-Carbon-Zelle) bzw. ein Akkumulatorsystem auf der Basis von
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Endlich Experimente zum Themenfeld "Lithium-Ionen-Akkumulator"! Erfahren Sie, wie Sie mit schulisch relevanten Mitteln auf einfache Weise einen leistungsfähigen Lithium-Ionen-Akkumulator (Dual-Carbon-Zelle) bzw. ein Akkumulatorsystem auf der Basis von metallischem Lithium realisieren können. Mit diesem Set erhalten Sie Material für die deutschlandweit ersten Experimente zu diesem brandaktuellen Forschungsgebiet. Zusätzlich enthalten sind hochwertige 3D-Schemazeichnungen der Versuchsaufbauten, digitale Animationen, die die Funktionsweise und den Aufbau der Akkumulatoren auf anschauliche Weise demonstrieren, ausführliche Versuchsbeschreibungen und passend zu den Experimenten erstellte Videos.

Der erste Teil des Experimentiersets "Lithium+" befasst sich mit Akkumulatorsystemen auf der Basis der Interkalation (Einlagerung) von Ionen in kohlenstoffbasierte Elektrodenmaterialien (Lithium-
Ionen-Akkumulatoren).

Der Lithium-Ionen-Akkumulator verfügt im Vergleich zu anderen wiederaufl adbaren Akkumulatorsystemen über die mit Abstand höchsten Energiedichten und ist der momentan leistungsfähigste,wiederaufladbare Batterietyp weltweit. Mit einer molaren Masse von 6,94 g/mol und einem elektrochemischen Standardpotential von -3,05 V bietet das Element Lithium ideale Voraussetzungen für den Einsatz in elektrochemischen Batteriesystemen.

Der Aufbau und die technische Herstellung von Lithium-Ionen-Akkumulatoren sind allerdings sehr aufwändig und stellen extrem hohe Ansprüche an die Chemie und den technischen Fertigungsprozess (z.B. aufwändige Trocknung sowie teure und aufwändige Herstellung der eingesetzten Elektrodenmaterialien). Aus diesem Grund war dieses bedeutsame, zukunftsweisende Themenfeld für die Hochschule wie auch für den Chemieunterricht experimentell und konzeptionell bisher weitgehend unerschlossen.

Kommerzielle Lithium-Ionen-Akkumulatoren basieren auf interkalationsfähigen Elektrodenmaterialien, in die während des Ladevorganges Lithium-Ionen ein- bzw. ausgelagert werden. Als Elektrodenmaterialien werden als Anodenmaterial Graphit, als Kathodenmaterial verschiedene, aufwändig herzustellende Lithiummischmetalloxide wie beispielsweise Lithiummanganoxid verwendet.

Die in diesem Set enthaltenen Materialien ermöglichen den Bau eines Lithium-Ionen-Akkumulators auf Basis redoxamphoterer Graphitintercalationselektroden. Graphit besitzt die bemerkenswerte Eigenschaft, neben positiv geladenen Lithium-Ionen auch große, einfach negativ geladene Anionen in seine hexagonal planare Schichtstruktur zu interkalieren. Diese besondere Eigenschaft des Graphits ermöglicht die experimentelle Behandlung dieses Themenfeldes in der Schule.

Mit dem Experimentierset LITHIUM+ können Sie sofort in das neue Themenfeld der Lithium-Ionen-Akkumulatoren einsteigen.

Insgesamt steht Ihnen mit diesem Set ein breites Spektrum an Experimenten zur Verfügung. Beginnen Sie mit einem Lithium-Ionen-Akkumulator im Microscale Maßstab, basierend auf Graphitminen als Elektrodenmaterial, den Sie mit verschiedenen elektrischen Verbrauchern entladen können. Konstruieren Sie durch den Einsatz spezieller Graphitfolie einen Akkumulator mit gesteigerter Leistung oder bauen Sie sich mit einer alternierenden Kathoden-Anoden-Verschaltung einen kleinen Lithium-Ionen-Power-Pack. Detaillierte Versuchsbeschreibungen zeigen Ihnen ferner, wie Sie die interkalierten Ionen anschaulich nachweisen können.

Verwenden Sie die im Set mitgelieferten digitalen Animationen, um mit Ihren Schülern das Funktionsprinzip dieser zukunftsweisenden Akkumulatortechnologie zu erarbeiten!

Zentraler Gegenstand des zweiten Teils des Experimentierkastens "Lithium+" ist die experimentelle Realisierung eines leistungsfähigen Akkumulatorsystems auf der Basis von metallischem Lithium.

Durch eine intelligente elektrochemische Reaktionsführung stellen Sie sich das benötigte Lithium in gewünschter Menge selbst her. Das Schneiden von Lithiumstangen - auch im Hinblick auf weitere im Set enthaltene faszinierende Experimente mit Lithium - ist somit ab sofort nicht mehr erforderlich! Erleben Sie, wie sich aus der Perspektive einer regenerativen Energienutzung der Akkumulator mit einer Solarzelle laden lässt und sich in Folge des Ladevorganges metallisches Lithium an einer Elektrode bildet. Als Ergebnis erhalten Sie ein Akkumulatorsystem, das eine Ruheklemmenspannung von 5 Volt besitzt! Diese ungewöhnlich hohe Spannung des Akkumulators resultiert aus dem Elektrodenpotential des metallischen Lithiums (E = - 3,04 V) und dem extrem positiven Potential einer kohlenstoffbasierten Intercalationselektrode (E = + 1,9 V), die in diesem Experimentierset ausführlich erläutert wird. Mit diesem für die Schule und Hochschule neuen Akkumulatorsystem behandeln Sie im Unterricht ein hochaktuelles und zukunftsweisendes Themenfeld, da man zur Zeit weltweit wieder intensiv an lithiummetallbasierten Batteriesystemen, wie z.B. der Lithium/Luft-Batterie forscht. Darüber hinaus wird erstmalig für den Schulunterricht aufgezeigt, wie man mit vergleichsweise einfachen Mitteln ein Elektrodenpotential von Lithium im Experiment bestimmen kann! Ferner werden auch für Schüler einfach nachvollziehbare Möglichkeiten präsentiert, wie sich die Leistungsfähigkeit dieses Akkumulatorsystems erheblich steigern lässt.

In Anbetracht weltweit zur Neige gehender Ölreserven, im Zuge bedeutender Fragen hinsichtlich Elektromobilität der Zukunft und im Hinblick auf eine zu forcierende Entwicklung einer klimafreundlichen Energietechnologie, ist die Thematik Lithium-Ionen-Akkumulatoren aktueller denn je.

Die Intention des Experimentiersets "LITHIUM+" besteht darin, das Themenfeld der Lithium- bzw. der Lithium-Ionen-Akkumulatoren für Schülerinnen und Schüler im Chemieunterricht bzw. für Studierende an der Hochschule zugänglich zu machen, denn sie werden die Generation sein, die diese Entwicklung mitgestalten wird bzw. mitgestalten muss. Die Implementierung des so zukunftweisenden Themenfeldes der modernen Speichermedien ist ein Paradebeispiel für eine Curriculare Innovation und sollte bereits in die Curricula der Schule erfolgen, da hier häufig entscheidende Weichen hinsichtlich der Berufswahl gestellt werden und der Fortbestand unserer auf Naturwissenschaft und Technik beruhenden Industriegesellschaft und das Wohl ihrer Menschen in höchstem Maße von der Qualifi zierung der jungen Menschen in den Naturwissenschaften abhängig sind.

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