Eigenschaften von Zink-Luft-Batterien
Zink-Luft-Batterien sind eine Art von nicht wiederaufladbaren und mechanisch wieder aufladbaren Metal-Luft-Batterien, die durch die Oxidation von Zink mit Sauerstoff aus der Luft betrieben werden. Diese Batterien bieten eine hohe spezifische und volumetrische Energiedichte, die bei etwa 500 Wh.kg−1 bzw. 1000 Wh.L−1 liegt, was zu den höchsten Werten für ein Batteriesystem zählt.
Grundlegende Charakteristiken
Die nominale Leerlaufspannung einer Zink-Luft-Zelle beträgt 1,4 Volt. Die Betriebsspannung während der Entladung hängt von der Entladungslast und der Temperatur ab und liegt typischerweise zwischen 1,25 und 1,0 Volt pro Zelle. Die nominale Abschaltspannung für Zink-Luft-Zellen beträgt 0,9 Volt. Bei versiegelten Batterien ist die Selbstentladungsrate mit nur 2 Prozent pro Jahr außergewöhnlich niedrig.
Komponenten und Reaktionen
Die Zinkelektrode bildet den größten Teil der Zelle und fungiert als negative Elektrode. Eine Lösung aus KOH oder Natriumhydroxid dient als Elektrolyt und verbessert das Standardpotential. Ein Separator isoliert beide Elektroden mechanisch, um eine elektrische Leitung im Inneren der Zelle zu verhindern. Sauerstoff aus der Luft reagiert an der Kathode und bildet Hydroxidionen, die in die Zinkpaste wandern und Zinkat bilden, wobei Elektronen freigesetzt werden, die zur Kathode wandern.
Einsatzbereiche und Grenzen
Zink-Luft-Batterien werden in einer Vielzahl von Größen hergestellt, von kleinen Knopfzellen für Hörgeräte bis hin zu großen Batterien für den Einsatz in Elektrofahrzeugen und zur Energiespeicherung im Stromnetz. Ein wesentlicher Nachteil ist ihre begrenzte Leistungsabgabe, hauptsächlich aufgrund der unzureichenden Leistung der Luft-Elektroden. Zudem hängen sowohl die Leistung als auch die Betriebsdauer von Umgebungsbedingungen wie Luftfeuchtigkeit und Temperatur ab.
Speicherung und Mechanisches Aufladen
Die Lagerfähigkeit der Zink-Luft-Batterie ist zufriedenstellend, solange der Aufkleber über den Luftzugangsöffnungen intakt ist. Nach Entfernung des Aufklebers wird empfohlen, die Batterie kontinuierlich zu verwenden, da der Luftzugang zwangsläufig zu einem Wasseraustausch und einer CO2-Kontamination des Elektrolyts führt, was zu einer allmählichen Verschlechterung der Batterie führt. Für größere Einheiten könnten die Batterien mechanisch aufgeladen werden, indem die Zinkelektrode und der Elektrolyt physisch ersetzt werden.
Zukunft und Entwicklung
Obwohl Zink ein vielversprechendes Element aufgrund seiner Entsorgbarkeit, Nicht-Toxizität und der Möglichkeit, als Sekundärzelle verwendet zu werden, ist, bleibt die Zink-Luft-Batterie hauptsächlich eine Primärbatterie und kann nicht aufgeladen werden. Elektrische Aufladeoptionen befinden sich derzeit in der Entwicklung, aber es wird noch viele Jahre dauern, bis diese Technologie ausgereift ist.
Schlussfolgerung
Zink-Luft-Batterien sind einzigartig in ihrer hohen Energiedichte und ihrer Vielseitigkeit in verschiedenen Größen und Anwendungen. Trotz einiger Einschränkungen und Herausforderungen bieten sie ein großes Potenzial für zukünftige Energiespeicherlösungen.
