Nickel-Zink-Akkumulator

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NiZn Akkus von verschiedenen Herstellern in den Größen AA und AAA

Ein Nickel-Zink-Akkumulator (NiZn-Akku) ist ein Akkumulator.

Geschichte[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Wenngleich dieser Akkumulatortyp bereits 1901 von Thomas Alva Edison patentiert wurde, konnte erst ab den 2000er Jahren technologisch die Zink-Elektrode soweit stabilisiert werden, dass dieser Akkutyp praktisch verwendbar wurde.[1] Erste Nickel-Zink-Akkus hatten nur eine geringe Anzahl an Ladezyklen, da die Zinkelektrode durch Passivierung ihre Funktion verlor. In den 1960er Jahren wurden Nickel-Zink-Akkus als eine Alternative zu Silber-Zink-Akkumulatoren in militärischen Anwendungen in Erwägung gezogen, wegen ihrer geringen Zyklenanzahl aber wieder verworfen.[2]

Mit Stand Anfang 2011 sind NiZn-Zellen in der Bauform einer Mignonzelle (AA-Zelle) für allgemeine Anwendungen verfügbar. Der interessanteste Aspekt dabei ist die Spannung von ca. 1,6 V pro Zelle, was bei Geräten, welche auf Alkali-Mangan-Batterien und deren 1,5 V ausgelegt sind, einen Vorteil darstellt. Herkömmliche Akkumulatoren in Mignonzellenform wie Nickel-Cadmium-Akkumulatoren (NiCd) oder Nickel-Metallhydrid-Akkumulatoren (NiMH) sind zwar preiswerter, weisen dafür aber nur eine Zellspannung von 1,2 V auf. Aufgrund der unterschiedlichen Spannungen sind für NiZn-Zellen allerdings auch spezielle Ladegeräte notwendig.

Mittlerweile werden auch prismatische 12-V-Nickel-Zink-Akkus für Anwendungen in Hybridfahrzeugen hergestellt und getestet.[3]

Neueste Entwicklungen (Stand 2016) zielen auf poröse, schwammartige Strukturen der Zink-Anode ab. Dadurch konnte die Bildung von Dendriten im Zink verhindert werden und die Anzahl der Ladezyklen deutlich erhöht werden.[4][5]

Vor- und Nachteile im Vergleich mit NiMh-Akkus [6][Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Vorteile
  • hohe Spannungslage
  • hoher Wirkungsgrad
  • hohe Leistung
  • hohe Leistung auch nach vielen Zyklen
  • sehr gute Leistung auch bei Kälte
  • geringe Selbstentladung in den ersten Monaten
Nachteile

Elektrochemie[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Bei dem Entladevorgang, dieser geht mit Pfeilrichtung nach rechts, bzw. dem Ladevorgang mit Pfeilrichtung nach links, lautet die Reaktionsgleichung an der positiven Elektrode, welche 0,49 V liefert:

und an der negativen Elektrode welche 1,24 V liefert:

Die Gesamtreaktion ergibt sich zu:

Die Leerlaufspannung nach Ladung beträgt 1,73 V, die Ladeschlussspannung liegt bei ca. 1,90 V, die Entladeschlussspannung liegt bei ca. 1,2 V. Die spezifische Energiedichte liegt zwischen 65 und 120 Wh/kg[7], das ist in etwa gleich wie bei Nickel-Metallhydrid-Akkumulatoren, jedoch weniger als beim Lithium-Ionen-Akkumulator.

Literatur[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

  • Dwaine Coates, Allen Charkey: Handbook of Batteries, Chapter 31. Hrsg.: David Linden. 2. Auflage. McGraw-Hill, 2002, ISBN 978-0-07-135978-8.

Einzelnachweise[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

  1. Patent US684204: Reversible Galvanic Battery. Angemeldet am 31. Oktober 1900, veröffentlicht am 8. Oktober 1901, Erfinder: Thomas Alva Edison.
  2. A Brief History of Battery Developments, engl., abgefragt am 9. Februar 2011.
  3. Der Nickel-Zink-Akku, elektroniknet.de, 28. Mai 2013.
  4. Leicht und leistungsfähig: Nickel-Zink-Akku soll Standardmodelle ersetzen. In: Spiegel Online. 28. April 2017, abgerufen am 12. Oktober 2017.
  5. Joseph F. Parker, Christopher N. Chervin, Irina R. Pala, Meinrad Machler, Michael F. Burz, Jeffrey W. Long, Debra R. Rolison: Rechargeable nickel–3D zinc batteries: An energy-dense, safer alternative to lithium-ion. In: Science. Band 356, Nr. 6336, 2017, S. 415–418, doi:10.1126/science.aak9991.
  6. NiZn: Nickel-Zink Akkus als Alternative? pocketnavigation.de
  7. Der Nickel-Zink-Akku, elektroniknet.de, 28. Mai 2013, Teil 2.