Was ist eine Nickel-Zink-Batterie?
Eine Nickel-Zink-Batterie ist eine wiederaufladbare elektrochemische Zelle, die gespeicherte chemische Energie direkt in Elektrizität umwandelt. Die Anode oder der Minuspol der Batterie besteht aus Zink und die Kathode oder der Pluspol aus Nickel. Der Elektronenfluss von der Anode zur Kathode erfolgt durch ein Elektrolytmedium, das geladene Teilchen liefert, die den elektrischen Strom transportieren. Nicht-saure alkalische Elektrolyte werden typischerweise in einer Nickel-Zink-Batterie verwendet. Das Wiederaufladen kehrt die elektrochemische Reaktion um und stellt die ursprüngliche chemische Struktur der Zelle wieder her.
Die Nickel-Zink-Batterie wurde 1901 von Thomas Edison patentiert. Die Produktionskapazitäten der damaligen Zeit begünstigten andere Konstruktionen, und die NiZn-Batterie war nicht weit verbreitet. Die relativ hohe Energiedichte, die Menge an Energie, die in einem bestimmten Volumen gespeichert ist, und die leichte Verfügbarkeit der Rohstoffe der Batterie haben jedoch die weitere Forschung angeregt.
In früheren Versionen der Nickel-Zink-Batterie erwies sich die Zinkelektrode im Laufe der Zeit als instabil. Durch die Anode erzeugtes Zinkoxid bildete Dendriten oder Filamente in der Elektrolytlösung. Die Dendritenbildung machte die Zelle kurzschlussanfällig und führte folglich zu einer begrenzten Anzahl von Lade- / Wiederaufladezyklen. Die Instabilität hemmte auch die vollständige Wiederherstellung der Zelle beim Wiederaufladen, was zu einer Verformung des Anodenanschlusses führte.
Es wurden alkalische Elektrolytlösungen entwickelt, die die Zinkelektrode stabilisieren und zusammen mit einem Polymer-Innenseparator Probleme überwinden, die sich aus der Dendritenbildung und der terminalen Verformung ergeben. Fortschritte in der Materialwissenschaft haben auch die Herstellung von Zink- und Nickel-Terminals ermöglicht, die frei von Schwermetallelementen sind. Das Ergebnis ist eine leistungsstärkere und langlebigere Batterie, als dies mit früheren Technologien möglich war. Die Wiederaufladefähigkeit wurde sowohl bei der Anzahl der Zyklen als auch bei der Rückkehr der Zelle in ihren ursprünglichen chemischen Zustand erhöht.
Ein Vorteil einer Nickel-Zink-Batterie besteht darin, dass sie Primärbatterien oder nicht wiederaufladbare Batterien in der Unterhaltungselektronik ersetzen kann. Diese Geräte benötigen in der Regel eine 1,5-V-Alkalibatterie und eignen sich gut für die Nennspannung des wiederaufladbaren NiZn von 1,65 V. Andere wiederaufladbare Modelle wie Nickel-Cadmium-Batterien haben normalerweise eine Nennspannung von 1,2 V, was zu einem Geräteausfall führen kann, bevor die Batterie vollständig entladen ist.
Die Nickel-Zink-Batterie gilt als umweltfreundliche Alternative zu gängigen Konstruktionen. Nickel und Zink sind beide relativ häufig und können durch Recycling vollständig zurückgewonnen werden. Quecksilber, Cadmium, Blei oder andere giftige Metalle werden bei seiner Herstellung nicht verwendet, und es gibt keine entzündlichen oder ätzenden Wirkstoffe.