Vorteile und Nachteile von Zink-Luft-Batterien
Zink-Luft-Batterien sind eine Art von Metall-Luft-Batterien, die entweder nicht wiederaufladbar sind oder mechanisch wiederaufgeladen werden können. Sie funktionieren durch die Oxidation von Zink mit Sauerstoff aus der Luft. Der größte Teil der Zelle besteht aus dem Zinkelektroden, der als negative Elektrode dient. Eine Lösung aus KOH oder Ätznatron dient als Elektrolyt und verbessert das Standardpotential. Ein Separator trennt die beiden Elektroden mechanisch, um eine elektrische Leitung innerhalb der Zelle zu verhindern. Sauerstoff aus der Luft reagiert an der Kathode und bildet Hydroxid-Ionen, die in die Zinkpaste wandern und Zinkat bilden, wobei Elektronen freigesetzt werden, die zur Kathode wandern.
Energiedichte und Anwendungen
Diese Batterien weisen hohe Energiedichten auf und sind relativ kostengünstig herzustellen. Sie bieten spezifische und volumetrische Energiedichten von etwa 500 Wh·kg-1 und 1000 Wh·L-1 und gehören damit zu den höchsten für ein Batteriesystem. Das Entladeprofil ist weitgehend flach mit einer Spannung von etwa 1,3 V. Die Größen reichen von sehr kleinen Knopfzellen für Hörgeräte über größere Batterien, die in Filmkameras verwendet werden, bis hin zu sehr großen Batterien für den Antrieb von Elektrofahrzeugen und die Energiespeicherung im Netz.
Nachteile
Ein wesentlicher Nachteil ist ihre begrenzte Leistung, die hauptsächlich auf die unzureichende Leistung der Luft-Elektroden zurückzuführen ist. Ein weiterer großer Nachteil ist die Abhängigkeit sowohl der Leistung als auch der Betriebsdauer von Umgebungsbedingungen wie Luftfeuchtigkeit und Temperatur. Die kommerziell erhältlichen primären Zink-Luft-Batterien haben einen Aufkleber über den Luftzugangsöffnungen, der erst vor Gebrauch entfernt wird. Nachdem der Aufkleber entfernt wurde, wird empfohlen, die Batterie kontinuierlich zu verwenden, da der Luftzugang zur Batterie unweigerlich zu einem Wasseraustausch und einer Kohlendioxidkontamination des Elektrolyten führt, was zu einer allmählichen Verschlechterung der Batterie führt. Die Lagerfähigkeit der Zink-Luft-Batterie ist zufriedenstellend, wenn der Aufkleber vorhanden ist.
Metall-Luft-Batterien im Allgemeinen
Im Allgemeinen bieten Metall-Luft-Batterien eine hohe Energiedichte, da sie nur eine aktive Masse innerhalb der Zelle haben und die kathodische Reaktion Umgebungsluft verwendet. Zink ist ein sehr vielversprechendes Element aufgrund seiner Entsorgbarkeit, seiner ungiftigen Eigenschaften und der Möglichkeit, es als Sekundärzelle zu verwenden. Trotz dieser Vorteile handelt es sich um eine Primärbatterie, die nicht wiederaufladbar ist. Für größere Einheiten könnten die Batterien mechanisch wiederaufgeladen werden, indem die Zinkelektrode und der Elektrolyt physisch ersetzt werden. Elektrische Aufladeoptionen befinden sich derzeit in der Entwicklung, aber da diese Entwicklung noch in den Kinderschuhen steckt, werden viele Jahre benötigt, um diese Technologie zu erreichen.
Vorteile und Nachteile im Überblick
Vorteile:
Primärbatterien haben eine höhere Energiedichte als wiederaufladbare Sekundärzellen.
Hohe spezifische Energie, lange Lagerzeiten (geringe Selbstentladung) und sofortige Einsatzbereitschaft.
Sie eignen sich hervorragend für Anwendungen mit geringem Stromverbrauch.
Sie können zu abgelegenen Orten transportiert und sofort verwendet werden, auch nach langer Lagerung.
Sie sind leicht verfügbar und umweltfreundlich in der Entsorgung.
Nachteile:
Der Hauptnachteil von Primärbatterien ist, dass sie nicht wiederaufladbar sind.
Ihre geringe C-Rate.
Selbst Hochstromtypen gelten im Vergleich zu wiederaufladbaren Batterien als niedrig.
Sie sind weniger umweltfreundlich als wiederaufladbare Batterien.
Die Verwendung von Primärbatterien führt zu einer großen Menge an zu recycelnden Abfallbatterien.
Für große Batterien sind Primärbatterien in der Regel nicht kosteneffektiv.
