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Elektrochemische Doppelschicht - was ist das?

Bei einer elektrochemischen Doppelschicht handelt es sich um eine Grenzschicht mit unterschiedlichen Ladungen. Vor allem in der Kombination von Metallen und Elektrolyten treten diese Doppelschichten auf.

Auch in Batterien bilden sich Doppelschichten aus.
Auch in Batterien bilden sich Doppelschichten aus.

Was ist überhaupt eine Doppelschicht?

Lassen Sie sich begrifflich nicht verwirren: Die elektrochemische Doppelschicht wird manchmal auch elektrolytische Doppelschicht genannt, da sie häufig als Übergang zwischen einer Metallelektrode und einem Elektrolyten auftritt.

  • Eine Doppelschicht ist zunächst nichts weiter als eine Fläche, die auf der einen Seite positive und auf der anderen Seite negative Ladungen aufweist. Diese Ladungen können sich selbstredend nicht ausgleichen, wie dies bei Metallen zum Beispiel der Fall ist. 
  • Zwischen den beiden Außenflächen der Doppelschicht tritt eine Potentialdifferenz auf, sprich: eine Spannung.
  • Die beiden Ladungstypen weisen bei einer Doppelschicht die gleiche Ladungsdichte auf, sprich: Die Fläche trägt zwar im Inneren Ladungen, ist nach außen jedoch neutral.

Elektrochemische Doppelschichten - ein Spezialfall

  • Gerade in der Elektrochemie treten derartige Doppelschichten auf, wenn ein Elektronenleiter (z. B. eine Metallelektrode) und ein Ionenleiter (der Elektrolyt einer elektrochemischen Zelle) aufeinandertreffen. Hierbei handelt es sich um eine sog. fest-flüssig-Doppelschicht.
  • In diesem Fall bilden sich zwei Ladungsschichten (im Metall und im Elektrolyten) aus, die ein entgegengesetztes Vorzeichen tragen.
  • Die Dicke solcher Doppelschichten ist jedoch - im Gegensatz zu ihrer Oberfläche - äußerst gering. Sie beträgt in den meisten Fällen nur wenige Nanometer.
  • Die Doppelschicht hängt natürlich von der Beweglichkeit und Konzentration der Ionen in der Elektrolytlösung und von dem Lösungsbestreben der Elektronen des Metalls ab. Im Metall verbleiben die positiv geladenen Atomrümpfe.
  • Jede Batterie, jeder Akku hat solche elektrochemischen Doppelschichten um seine Elektroden herum.

Doppelschicht Metall und Elektrolyt - ein Beispiel

  • Wenn Sie eine Metallelektrode (beispielsweise Kupfer) in einen Elektrolyten (beispielsweise Schwefelsäure), so werden sich aus dem Kupfer Elektronen in die Lösung begeben. Die Kupferelektrode lädt sich dabei positiv auf.
  • Diese geladene Elektrodenoberfläche zieht nun aus der Lösung negativ geladene Ionen (sog. Anionen) an, die die Doppelschicht vor der Elektrode ausbilden.
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