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'''Elektrochemische Zelle''' ist ein Oberbegriff für verschiedene Anordnungen, die entweder in der [[Elektrochemie]] verwendet werden oder die auf elektrochemischen Vorgängen beruhen.

Es gibt verschiedene Haupttypen elektrochemischer Zellen, die sich darin unterscheiden, ob sie im Betrieb Energie abgeben oder aufnehmen: Zellen, die eine [[Spannung (Elektrizität)|elektrische Spannung]] erzeugen und einen [[Elektrischer Strom|elektrischen Strom]] liefern können, sind [[galvanische Zelle]]n. Zellen, die durch einen Strom von außen betrieben werden, sind Elektrolysezellen. [[Akkumulator]]en sind Zellen, die abwechselnd Strom liefern und dann wieder durch einen von außen angelegten Strom geladen werden.
[[Datei:Liion-18650-AA-battery.jpg|mini|hochkant=0.5|Beispiele für galvanische Zellen]]
* '''Galvanische Zellen''' sind elektrochemische Stromquellen, die durch chemische Reaktionen an den chemisch verschiedenen Elektroden nutzbare elektrische Energie liefern.
* '''Elektrolysezellen''' dienen der Gewinnung von verschiedenen Stoffen durch Anlegen einer Spannung, siehe [[Elektrolyse]].
* eine '''Akkumulatorzelle''' dient wie die galvanische Zelle als Stromquelle; durch Energiezufuhr wird sie wieder geladen. Der Ladungsvorgang entspricht einer Elektrolyse.
* Forschungs- oder Analysenzellen der [[Elektroanalytik]] und der Elektrochemie können drei oder mehr Elektroden ([[Arbeitselektrode]], [[Referenzelektrode]], [[Gegenelektrode]], u. U. noch Indikatorelektrode(n)) haben. Wenn wechselnde Betriebsmodi möglich sind, kann man solche Zellen nicht eindeutig als Elektrolysezelle oder als galvanische Zelle klassifizieren.

Eine elektrochemische Zelle enthält mindestens zwei [[Elektrode]]n, die immer als [[Elektronenleiter]] fungieren, und mindestens einen [[Elektrolyt]]en, d. h. einen [[Ionenleiter]]. Der Elektrolyt kann flüssig oder fest sein, oder es sind sowohl flüssiger als auch fester Elektrolyt vorhanden. Eine elektrochemische Zelle kann somit definiert werden als eine Anordnung aus zwei Elektroden, die über einen Elektrolyten leitend verbunden sind.

== Beispiele für galvanische Zellen ==
[[Datei:Batteries comparison 4,5 D C AA AAA AAAA A23 9V CR2032 LR44 matchstick-1.jpeg|mini|Beispiele von Batterien verschiedener Größe]]

Eine Primärzelle, umgangssprachlich zumeist „[[Batterie (Elektrotechnik)|Batterie]]“ genannt, ist eine elektrochemische Zelle, genauso jede [[Brennstoffzelle]]. [[Knopfzelle]]n sind besonders kleine Zellen. Solche im Handel erhältliche elektrochemischen Zellen haben ein geschlossenes Gehäuse, um den Austritt der Elektrolytflüssigkeiten zu verhindern. Sie kommen daher dem Idealbild einer „Zelle“ im Sinne einer umschlossenen Einheit näher als manche in der Forschung verwendete elektrochemischen Zellen, die auch offen sein können.

== Beispiele für Elektrolysezellen ==
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DownsCellSchematicColor.png | Schemazeichnung einer [[Downs-Zelle]] zur Elektrolyse von Natriumchlorid
Copper_electroplating_principle_(multilingual).svg | Schema einer elektrochemischen Zelle zur Abscheidung von [[Kupfer]]
Hullcell.jpg | Eine Hull-Zelle, hier gezeigt mit einer Zinklösung.
Haring Cell.jpg | Eine Haring-Blum-Zelle mit einem Kupferelektrolyten.
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Es gibt Elektrolysen, die zur Herstellung von Grundchemikalien dienen, wie z. B. die Elektrolyse von geschmolzenem [[Natriumchlorid]], die zur Darstellung der Elemente [[Natrium]] und [[Chlor]] dient. Für diesen großtechnischen Prozess wurde die [[Downs-Zelle]] entwickelt. Dann gibt es die Elektrolysen der [[Galvanotechnik]], die Gegenstände mit Metallüberzügen beschichten. Dafür verwendet man Metallsalzlösungen wie das in der Abbildung schematisch gezeigte Kupfersalzbad mit Kupfersulfat CuSO<sub>4</sub>. Zum Testen und zum Optimieren der Abscheidungsbedingungen in der Galvanik dient die Hull-Zelle. Die Elektroden der Hull-Zelle sind nicht parallel zueinander. Dadurch ergibt sich an der Seite, an der die Elektroden näher beieinander stehen, höhere Stromdichten. So kann an einer Elektrode der Einfluss unterschiedlicher Stromdichten beobachtet werden, so dass die besten Elektrolysebedingungen bestimmt werden können. Auch die Haring-Blum-Zelle ist eine Testzelle der Galvanik, wobei mit Hilfe zweier gleicher Elektroden in unterschiedlichen Abständen die Makro[[streufähigkeit]] untersucht wird.

== Beispiele von Zellen für die Grundlagenforschung ==
[[Datei:Elektrochemische Dreielektrodenmessanordnung.svg|mini|Elektrochemische Dreielektrodenmessanordnung]]
In der elektrochemischen Grundlagenforschung verwendet man zumeist eine Dreielektrodenmessanordnung, da sich damit das Potential eine Elektrode, der [[Arbeitselektrode]], unabhängig vom Zustand der [[Gegenelektrode]] einstellen lässt. Zum Betrieb einer Dreielektrodenzelle benötigt man einen geeigneten [[Potentiostat]]en oder [[Galvanostat]]en und eine [[Bezugselektrode]]: Diese Geräte messen die Spannung zwischen Arbeits- und Bezugselektrode, wobei Ströme zwischen Arbeits- und Gegenelektrode fließen.

Ein spezieller Zelltyp der Forschung verwendet eine rotierende Elektrode, typischerweise eine Scheibenelektrode am Ende eines Stabes (''rotating disk electrode'' RDE). Dieser wird mit Hilfe eines Elektromotors um die Stabachse rotiert, wobei die Rotationsgeschwindigkeit variabel und bekannt ist. Dabei stellt sich im flüssigen Elektrolyten ein bekanntes Strömungsprofil ein, und man kann den Einfluss des Transports im Elektrolyten auf die Elektrodenreaktion studieren. Eine Variante davon ist die Ring-Scheibenelektrode (''rotating ring disk electrode'' RRDE), bei der eine weitere, ringförmige Elektrode um die Scheibenelektrode, ebenfalls konzentrisch zur Rotationsachse, befestigt ist.

== Beispiel für elektrochemische Sensoren ==
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Clark_Electrode.png | Schema einer Clark-Elektrode
ZirkoniumLambdasonde.svg | Planare Nernstzelle/Lambdasonde, schematisch
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Eine [[Clark-Elektrode|Clark-Zelle]] ist ein elektrochemischer Sensor zur Bestimmung der Sauerstoffkonzentration in einer Lösung oder auch in Gasen. Im gezeigten Schema einer solchen Clark-Elektrode ist (A) die Kathode, an der der Sauerstoff reduziert wird. Sie besteht oft aus [[Platin]]. (B) ist eine Ag/AgCl-Anode (C) der KCl-Elektrolyt und (D) eine Teflon-Membran, die für den zu messenden Sauerstoff durchlässig ist, die aber ansonsten störende Umgebungseinflüsse von der Messzelle fernhält. (E) ist ein Gummiring und (F) eine zum Betrieb der Zelle benutzte Spannungsquelle. Der mit Hilfe des empfindlichen Stommessgerätes (G) gemessene Strom ist der Sauerstoffkonzentration proportional.

Auch die Nernstsonde ist eine elektrochemische Zelle als [[Sauerstoffsensor]]. Sie kann als [[Lambdasonde]] zur [[Motorsteuerung]] von [[Verbrennungsmotor]]en genutzt werden, wobei sie den Restsauerstoffgehalt im [[Abgas]] bestimmt.

== Grundlegende Eigenschaften ==
Wichtige Eigenschaften einer elektrochemischen Zelle sind ihre momentane Spannung ([[Betriebsspannung]]) und bei technischen Zellen ihre [[Nennspannung]], sowie die [[Leerlaufspannung|Ruhespannung]], die die Zelle einnimmt, wenn kein Strom fließt. Aufgrund des [[Innenwiderstand]]es der Zelle und des dadurch verursachten [[Spannungsabfall]]s liegt die Betriebsspannung einer galvanischen Zelle (einer Batterie) unterhalb der Ruhespannung. Bei einer Elektrolysezelle hingegen, wo der Stromfluss von außen erzwungen wird, liegt die Betriebsspannung immer oberhalb der Ruhespannung. Die [[Zellspannung#Reversible Zellspannung|reversible Zellspannung]] ist die Ruhespannung im [[Chemisches Gleichgewicht|Gleichgewichtszustand]].

[[Kategorie:Elektrochemie]]

Elektrochemische Zelle - Versionsgeschichte

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