Nickel-Zink-Akkumulator

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Ein Nickel-Zink-Akkumulator, abgekürzt NiZn-Akku, ist ein Akkumulator.

Geschichte

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, bis 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 (sogenannte 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 oder Nickel-Metallhydrid-Akkumulatoren 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.

Elektrochemie

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

$ \mathrm{2NiOOH + 2 H_2O + 2e^- \leftrightarrow 2 Ni(OH)_2 + 2OH^-} $

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

$ \mathrm{Zn + 2OH^- \leftrightarrow Zn(OH)_2 + 2e^-} $

Die Gesamtreaktion ergibt sich zu:

$ \mathrm{2 H_2O + Zn + 2NiOOH \leftrightarrow Zn(OH)_2 + 2Ni(OH)_2} $

Die Leerlaufspannung nach Ladung beträgt 1,73 V, die Ladeschlusspannung liegt bei ca. 1,90 V, die Entladeschlusspannung liegt bei ca. 1,2 V. Die spezifische Energiedichte beträgt ca. 50 Wh/kg, das ist in etwa gleich wie bei Nickel-Cadmium-Akkumulatoren, jedoch weniger als beim Lithium-Ionen-Akkumulator.

Literatur

  •  Dwaine Coates, Allen Charkey, David Linden (Hrsg.): Handbook of Batteries, Chapter 31. 2. Auflage. McGraw-Hill, 2002, ISBN 978-0071359788.

Referenzen

  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.

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