Konzentrationszelle
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In der Batterietechnologie ist eine Konzentrationszelle eine begrenzte Form einer galvanischen Zelle, die zwei äquivalente Halbzellen gleicher Zusammensetzung aufweist, die sich nur in Konzentrationen unterscheiden. Man kann das von einer solchen Zelle entwickelte Potential mit der Nernst-Gleichung berechnen. Eine Konzentrationszelle erzeugt eine kleine Spannung, wenn sie versucht, ein chemisches Gleichgewicht zu erreichen, das auftritt, wenn die Konzentration des Reaktanten in beiden Halbzellen gleich ist. Da eine Konzentrationsdifferenz der Größenordnung bei Raumtemperatur weniger als 60 Millivolt erzeugt, werden Konzentrationszellen typischerweise nicht zur Energiespeicherung verwendet.
Eine Konzentrationszelle erzeugt Strom aus der Verringerung der thermodynamischen freien Energie des elektrochemischen Systems, da der Unterschied in den chemischen Konzentrationen in den beiden Halbzellen verringert wird. Die gleiche Reaktion tritt in den Halbzellen auf, jedoch in entgegengesetzte Richtungen, wobei die niedrigere und die höhere Konzentration erhöht werden. Die Energie wird aus thermischer Energie erzeugt, die die Zelle als Wärme aufnimmt, wenn der Strom fließt. Diese Erzeugung von Elektrizität aus thermischer Umgebungsenergie ohne Temperaturgradienten ist möglich, weil die Konvergenz der chemischen Konzentrationen in den beiden Halbzellen die Entropie erhöht, und diese Zunahme kompensiert die Entropieabnahme mehr als, wenn Wärme in elektrische Energie umgewandelt wird.
Konzentrationszellverfahren der chemischen Analyse vergleichen eine Lösung bekannter Konzentration mit einer Unbekannten und bestimmen die Konzentration der Unbekannten über die Nernst-Gleichung oder Vergleichstabellen gegen eine Gruppe von Standards.
Konzentrationszellenkorrosion tritt auf, wenn zwei oder mehr Bereiche einer Metalloberfläche mit unterschiedlichen Konzentrationen derselben Lösung in Kontakt kommen. Es gibt zwei allgemeine Arten von Konzentrationszellen.
Konzentrationszellen können Elektrodenkonzentrationszellen oder Elektrolytkonzentrationszellen sein.
Elektrolytkonzentrationszelle – Bei diesem Zelltyp bestehen die Elektroden in beiden Halbzellen aus denselben Substanzen, und der Elektrolyt ist die Lösung derselben Substanzen, jedoch mit unterschiedlicher Konzentration.
Elektrodenkonzentrationszelle – Bei diesem Zellentyp werden zwei Elektroden derselben Substanz, jedoch mit unterschiedlicher Konzentration, in dieselbe Lösung getaucht.
