In der fünften Ausgabe unseres Magazins haben wir Ihnen erklärt, wie Sie eine Gasbatterie selbst herstellen können, und in der sechsten eine Blei-Kali-Batterie. Wir bieten den Lesern eine andere Art von Stromquelle an – ein Zink-Luft-Element. Dieses Element muss während des Betriebs nicht aufgeladen werden, was einen sehr wichtigen Vorteil gegenüber Batterien darstellt.

Das Zink-Luft-Element ist heute die fortschrittlichste Stromquelle, da es eine relativ hohe spezifische Energie (110–180 Wh/kg) aufweist, einfach herzustellen und zu bedienen ist und hinsichtlich der Verbesserung seiner spezifischen Eigenschaften am vielversprechendsten ist. Die theoretisch berechnete spezifische Leistung einer Zink-Luft-Zelle kann 880 Wh/kg erreichen. Wenn auch nur die Hälfte dieser Leistung erreicht wird, wird das Element zu einem ernstzunehmenden Konkurrenten für den Verbrennungsmotor.

Ein sehr wichtiger Vorteil des Zink-Luft-Elements ist

kleine Spannungsänderung unter Last beim Entladen. Darüber hinaus weist ein solches Element eine erhebliche Festigkeit auf, da sein Gefäß aus Stahl bestehen kann.

Das Funktionsprinzip der Zink-Luft-Elemente basiert auf der Verwendung eines elektrochemischen Systems: Zink – Ätzkaliumlösung – Aktivkohle, das Luftsauerstoff adsorbiert. Durch die Wahl der Zusammensetzung des Elektrolyten, der aktiven Masse der Elektroden und die Wahl des optimalen Designs des Elements ist es möglich, dessen spezifische Leistung deutlich zu steigern.

Zink-Luft-Batterien sind wesentlich zuverlässiger als ihre Vorgänger: Sie laufen nicht aus. Das bedeutet, dass eine plötzlich entladene Batterie Ihr Hörgerät nicht beschädigt. Allerdings sind neue Zink-Luft-Batterien recht zuverlässig und geben selten vorzeitig ihren Dienst ab. Aber sie haben auch ihre eigenen Eigenschaften.

Wenn Sie die Batterien Ihres Hörgeräts nicht wechseln müssen, sollten Sie die Verpackung der Batterie nicht entfernen. Vor dem Gebrauch wird eine solche Batterie mit einer speziellen Folie versiegelt, die das Eindringen von Luft verhindert. Sobald der Film entfernt wird, reagieren Kathode (Sauerstoff) und Anode (Zinkpulver). Beachten Sie Folgendes: Wenn Sie die Folie entfernen, verliert der Akku Ladung, unabhängig davon, ob er im Gerät eingelegt war oder nicht.

Zink-Luft-Batterien sind eine neue Generation von Batterien, die gegenüber ihren Vorgängern gravierende Vorteile haben. Zweifellos sind sie aufgrund ihrer größeren Kapazität viel energieeffizienter und langlebiger. Die Batteriekathode besteht nicht wie bei anderen Batterien aus Silber oder Quecksilberoxid, sondern aus Luft, gewonnenem Sauerstoff. Die Wechselwirkung zwischen Kathode und Anode erfolgt gleichmäßig über die gesamte Lebensdauer der Batterie. Das Hörgerät muss nicht ständig neu konfiguriert und die Lautstärke aufgrund einer schwachen Batterie geändert werden. Als Anode wird pulverisiertes Zink verwendet, das in viel größeren Mengen als die Anode in Batterien der Vorgängergeneration enthalten ist – dies sorgt für seine Energieintensität.

Eine schwache Batterie erkennen Sie an diesem charakteristischen „Symptom“: Wenige Minuten nach dem Einschalten verstummt das Hörgerät plötzlich. Dies ist ein Signal dafür, dass es Zeit ist, die Batterien zu wechseln.

1. Es wird empfohlen, den Akku bis zum Ende zu verwenden und ihn dann sofort zu wechseln. Sie sollten gebrauchte Batterien nicht aufbewahren.
2. Die Auswahl der Batterien sollte entsprechend der in der Beschreibung des Hörgeräts angegebenen Größe erfolgen.
3. Halten Sie Batterien von Metallgegenständen fern! Metall löst einen Kontaktschluss aus, was zu einer Beschädigung des Produkts führen kann.
4. Es empfiehlt sich, einen Ersatzakku in einer speziellen Schutztasche bei sich zu haben.
5. Beim Einbau einer Batterie ist es sehr wichtig zu bestimmen, wo sich ihre „Plus“-Seite befindet (sie ist konvexer und hat Löcher für Luft).
6. Warten Sie beim Einlegen einer neuen Batterie nach dem Abziehen der Schutzfolie einige Minuten: Der Wirkstoff sollte möglichst mit Sauerstoff gesättigt sein. Dies ist für die volle Akkulaufzeit notwendig. Wenn Sie sich beeilen, wird die Anode nur an der Oberfläche mit Sauerstoff gesättigt und die Batterie wird vorzeitig entladen.
7. Wenn Sie Ihr Hörgerät nicht verwenden, sollten Sie es ausschalten und die Batterien entfernen.

8. Batterien sollten in speziellen Blisterpackungen bei Raumtemperatur und außerhalb der Reichweite von Kindern aufbewahrt werden.

Die Einführung kompakter Zink-Luft-Batterien in den Massenmarkt kann die Situation im Marktsegment der kleinen autonomen Stromversorgungen für Laptops und digitale Geräte erheblich verändern.

Energieproblem

und in den letzten Jahren ist die Flotte an Laptops und verschiedenen digitalen Geräten erheblich gewachsen, von denen viele erst seit kurzem auf dem Markt sind. Dieser Prozess hat sich durch die steigende Popularität merklich beschleunigt Mobiltelefone. Im Gegenzug wächst die Zahl der tragbaren Geräte rasant elektronische Geräte verursachte einen erheblichen Anstieg der Nachfrage nach autonomen Stromquellen, insbesondere für Verschiedene Arten Batterien und Akkumulatoren.

Allerdings muss eine enorme Menge bereitgestellt werden tragbare Geräte Nährstoffe sind nur eine Seite des Problems. Mit der Entwicklung tragbarer elektronischer Geräte nehmen daher die Dichte der Elemente und die Leistung der darin verwendeten Mikroprozessoren zu; in nur drei Jahren ist die Taktfrequenz der verwendeten PDA-Prozessoren um eine Größenordnung gestiegen. Winzige monochrome Bildschirme werden durch hochauflösende Farbdisplays mit größeren Bildschirmgrößen ersetzt. All dies führt zu einem Anstieg des Energieverbrauchs. Darüber hinaus ist im Bereich der tragbaren Elektronik ein klarer Trend zur weiteren Miniaturisierung zu erkennen. Unter Berücksichtigung der aufgeführten Faktoren wird deutlich, dass die Steigerung der Energieintensität, Leistung, Haltbarkeit und Zuverlässigkeit der eingesetzten Batterien eine der wichtigsten Voraussetzungen für die Sicherstellung ist weitere Entwicklung Tragbare elektronische Geräte.

Das Problem erneuerbarer autonomer Energiequellen ist im Segment der tragbaren PCs sehr akut. Moderne Technologien ermöglichen die Entwicklung von Laptops, die in Funktionalität und Leistung vollwertigen Desktop-Systemen praktisch nicht nachstehen. Das Fehlen ausreichend effizienter autonomer Energiequellen beraubt Laptop-Benutzer jedoch eines der Hauptvorteile dieser Art von Computern – der Mobilität. Ein guter Indikator für einen modernen Laptop mit Lithium-Ionen-Akku ist eine Akkulaufzeit von ca. 4 Stunden 1, für vollwertiges Arbeiten unter mobilen Bedingungen reicht das aber eindeutig nicht aus (ein Flug von Moskau nach Tokio dauert beispielsweise ca 10 Stunden und von Moskau nach Los Angeles). Angeles fast 15).

Eine der Möglichkeiten, das Problem der zunehmenden Zeit zu lösen Batterielebensdauer Bei tragbaren PCs vollzieht sich eine Umstellung von den derzeit üblichen Nickel-Metallhydrid- und Lithium-Ionen-Batterien hin zu chemischen Brennstoffzellen 2 . Die aus Sicht der Anwendung in tragbaren elektronischen Geräten und PCs vielversprechendsten Brennstoffzellen sind Brennstoffzellen mit niedrigen Betriebstemperaturen wie PEM (Proton Exchange Membrane) und DMCF (Direct Methanol Fuel Cells). Als Brennstoff für diese Elemente wird eine wässrige Lösung von Methylalkohol (Methanol) 3 verwendet.

Allerdings wäre es zum jetzigen Zeitpunkt zu optimistisch, die Zukunft der chemischen Brennstoffzellen nur in rosigen Tönen zu beschreiben. Tatsache ist, dass es mindestens zwei Hindernisse für die Massenverbreitung von Brennstoffzellen in tragbaren elektronischen Geräten gibt. Erstens ist Methanol ein eher giftiger Stoff, was erhöhte Anforderungen an die Dichtheit und Zuverlässigkeit von Tankpatronen mit sich bringt. Zweitens, um eine akzeptable Durchgangsgeschwindigkeit sicherzustellen chemische Reaktionen Brennstoffzellen mit niedrigen Betriebstemperaturen erfordern den Einsatz von Katalysatoren. Derzeit werden in PEM- und DMCF-Zellen Katalysatoren aus Platin und seinen Legierungen verwendet, die natürlichen Vorräte dieses Stoffes sind jedoch gering und die Kosten hoch. Es ist theoretisch möglich, Platin durch andere Katalysatoren zu ersetzen, aber bisher konnte keines der in dieser Richtung forschenden Teams eine akzeptable Alternative finden. Heutzutage ist das sogenannte Platinproblem vielleicht das größte Hindernis für die weit verbreitete Einführung von Brennstoffzellen in tragbaren PCs und elektronischen Geräten.

1 Dies bezieht sich auf die Betriebszeit mit einer Standardbatterie.

2 Weitere Informationen zu Brennstoffzellen finden Sie im Artikel „Brennstoffzellen: ein Jahr der Hoffnung“, erschienen in Nr. 1’2005.

3 mit Wasserstoffgas betriebene PEM-Zellen sind mit einem eingebauten Konverter zur Herstellung von Wasserstoff aus Methanol ausgestattet.

Zink-Luftelemente

Obwohl die Autoren einer Reihe von Veröffentlichungen Zink-Luft-Batterien und -Akkumulatoren als eine Unterart der Brennstoffzelle betrachten, ist dies nicht ganz richtig. Ich habe mich mit dem Aufbau und der Funktionsweise von Zink-Luft-Elementen vertraut gemacht, auch in allgemeiner Überblick, können wir eine völlig eindeutige Schlussfolgerung ziehen, dass es richtiger ist, sie genau als eine separate Klasse autonomer Energiequellen zu betrachten.

Das Zelldesign der Zink-Luft-Zelle umfasst eine Kathode und eine Anode, die durch einen alkalischen Elektrolyten und mechanische Separatoren getrennt sind. Als Kathode dient eine Gasdiffusionselektrode (GDE), deren wasserdurchlässige Membran die Gewinnung von Sauerstoff aus der durch sie zirkulierenden atmosphärischen Luft ermöglicht. Der „Brennstoff“ ist die Zinkanode, die dabei oxidiert wird Elementoperation, und das Oxidationsmittel ist Sauerstoff, der aus atmosphärischer Luft gewonnen wird, die durch die „Atemlöcher“ eindringt.

An der Kathode findet die Elektroreduktionsreaktion von Sauerstoff statt, deren Produkte negativ geladene Hydroxidionen sind:

O 2 + 2H 2 O +4e 4OH – .

Hydroxidionen bewegen sich im Elektrolyten zur Zinkanode, wo die Zinkoxidationsreaktion stattfindet, wobei Elektronen freigesetzt werden, die über einen externen Kreislauf zur Kathode zurückkehren:

Zn + 4OH – Zn(OH) 4 2– + 2e.

Zn(OH) 4 2– ZnO + 2OH – + H 2 O.

Es liegt auf der Hand, dass Zink-Luft-Zellen nicht unter die Klassifizierung chemischer Brennstoffzellen fallen: Erstens verwenden sie eine abschmelzende Elektrode (Anode), und zweitens befindet sich der Brennstoff zunächst im Inneren der Zelle und wird während des Betriebs nicht zugeführt die Außenseite.

Die Spannung zwischen den Elektroden einer Zelle einer Zink-Luft-Zelle beträgt 1,45 V und liegt damit sehr nahe an der von alkalischen (alkalischen) Batterien. Um eine höhere Versorgungsspannung zu erhalten, können bei Bedarf mehrere in Reihe geschaltete Zellen zu einer Batterie zusammengefasst werden.

Zink ist ein recht verbreitetes und kostengünstiges Material, sodass Hersteller bei der Massenproduktion von Zink-Luft-Zellen keine Probleme mit den Rohstoffen haben werden. Darüber hinaus sogar weiter Erstphase Die Kosten für solche Netzteile werden recht wettbewerbsfähig sein.

Wichtig ist auch, dass es sich bei Zink-Luft-Elementen um sehr umweltfreundliche Produkte handelt. Die für ihre Herstellung verwendeten Materialien belasten die Umwelt nicht und können nach dem Recycling wiederverwendet werden. Auch die Reaktionsprodukte der Zink-Luft-Elemente (Wasser und Zinkoxid) sind für Mensch und Umwelt absolut unbedenklich; Zinkoxid wird sogar als Hauptbestandteil von Babypuder verwendet.

Unter den Betriebseigenschaften von Zink-Luft-Elementen sind Vorteile wie die geringe Selbstentladungsrate im nicht aktivierten Zustand und die geringe Spannungsänderung während der Entladung (flache Entladekurve) hervorzuheben.

Ein gewisser Nachteil von Zink-Luftelementen ist der Einfluss der relativen Luftfeuchtigkeit der einströmenden Luft auf die Eigenschaften des Elements. Beispielsweise verringert sich die Lebensdauer einer Zink-Luft-Zelle, die für den Betrieb bei einer relativen Luftfeuchtigkeit von 60 % ausgelegt ist, bei einem Anstieg der Luftfeuchtigkeit auf 90 % um etwa 15 %.

Von Batterien zu Batterien

Die einfachste Möglichkeit für Zink-Luft-Zellen sind Einwegbatterien. Bei der Herstellung von Zink-Luft-Elementen großer Größe und Leistung (z. B. für den Antrieb von Kraftwerken). Fahrzeug) Zinkanodenkassetten können austauschbar gemacht werden. In diesem Fall reicht es zur Erneuerung der Energiereserve aus, die Kassette mit den verbrauchten Elektroden zu entfernen und an ihrer Stelle eine neue einzubauen. Gebrauchte Elektroden können in spezialisierten Betrieben im elektrochemischen Verfahren zur Wiederverwendung aufbereitet werden.

Wenn wir über Kompaktbatterien sprechen, die für den Einsatz in Laptop-PCs und elektronischen Geräten geeignet sind, dann hier praktische Anwendung Die Option mit austauschbaren Zinkanodenkassetten ist aufgrund der geringen Größe der Batterien nicht möglich. Aus diesem Grund sind die meisten derzeit auf dem Markt erhältlichen kompakten Zink-Luft-Zellen Einwegartikel. Kleine Einweg-Zink-Luft-Batterien werden von Duracell, Eveready, Varta, Matsushita, GP sowie dem inländischen Unternehmen Energia hergestellt. Hauptanwendungsgebiete solcher Stromquellen sind Hörgeräte, tragbare Radios, Fotogeräte usw.

Derzeit produzieren viele Unternehmen Einweg-Zink-Luft-Batterien

Vor einigen Jahren produzierte AER Power Slice-Zink-Luft-Batterien für Laptops. Diese Artikel wurden für die Laptops der Serien Omnibook 600 und Omnibook 800 von Hewlett-Packard entwickelt. Ihre Akkulaufzeit lag zwischen 8 und 12 Stunden.

Grundsätzlich besteht auch die Möglichkeit, wiederaufladbare Zink-Luft-Zellen (Batterien) zu schaffen, bei denen bei Anschluss einer externen Stromquelle an der Anode eine Zinkreduktionsreaktion stattfindet. Die praktische Umsetzung solcher Projekte wird jedoch seit langem durch gravierende Probleme aufgrund der chemischen Eigenschaften von Zink behindert. Zinkoxid löst sich gut in einem alkalischen Elektrolyten und verteilt sich in gelöster Form im gesamten Volumen des Elektrolyten, wobei es sich von der Anode entfernt. Aus diesem Grund ändert sich beim Laden über eine externe Stromquelle die Geometrie der Anode erheblich: Das aus Zinkoxid gewonnene Zink lagert sich auf der Oberfläche der Anode in Form von Bandkristallen (Dendriten) ab, die wie lange Spitzen geformt sind. Die Dendriten durchdringen die Separatoren und verursachen einen Kurzschluss im Inneren der Batterie.

Dieses Problem wird durch die Tatsache verschärft, dass die Anoden von Zink-Luft-Zellen zur Leistungssteigerung aus zerkleinertem Zinkpulver hergestellt werden (dies ermöglicht eine deutliche Vergrößerung der Elektrodenoberfläche). Wenn also die Anzahl der Lade-Entlade-Zyklen zunimmt, nimmt die Oberfläche der Anode allmählich ab, was sich negativ auf die Leistung der Zelle auswirkt.

Den bislang größten Erfolg auf dem Gebiet der Entwicklung kompakter Zink-Luft-Batterien erzielte Zinc Matrix Power (ZMP). ZMP-Spezialisten haben eine einzigartige Zink-Matrix-Technologie entwickelt, die die Hauptprobleme gelöst hat, die beim Laden von Batterien auftreten. Der Kern dieser Technologie ist die Verwendung eines Polymerbindemittels, das ein ungehindertes Eindringen von Hydroxidionen gewährleistet, gleichzeitig aber die Bewegung des sich im Elektrolyten auflösenden Zinkoxids blockiert. Dank dieser Lösung ist es möglich, merkliche Veränderungen der Form und Oberfläche der Anode für mindestens 100 Lade-Entlade-Zyklen zu vermeiden.

Die Vorteile von Zink-Luft-Batterien sind eine lange Betriebszeit und eine hohe spezifische Energieintensität, die mindestens doppelt so hoch ist wie die der besten Lithium-Ionen-Batterien. Die spezifische Energieintensität von Zink-Luft-Batterien erreicht 240 Wh pro 1 kg Gewicht und maximale Leistung 5000 W/kg.

Laut ZMP-Entwicklern ist es heute möglich, Zink-Luft-Batterien für tragbare elektronische Geräte (Mobiltelefone, digitale Player usw.) mit einer Energiekapazität von etwa 20 Wh herzustellen. Die minimal mögliche Dicke solcher Netzteile beträgt nur 3 mm. Experimentelle Prototypen von Zink-Luft-Batterien für Laptops haben eine Energiekapazität von 100 bis 200 Wh.

Ein Prototyp einer Zink-Luft-Batterie, erstellt von den Spezialisten von Zinc Matrix Power

Ein weiterer wichtiger Vorteil von Zink-Luft-Batterien ist das völlige Fehlen des sogenannten Memory-Effekts. Im Gegensatz zu anderen Batterietypen können Zink-Luft-Zellen bei jedem Ladezustand aufgeladen werden, ohne dass ihre Energiekapazität beeinträchtigt wird. Darüber hinaus sind Zink-Luft-Zellen im Gegensatz zu Lithiumbatterien viel sicherer.

Abschließend kann man nicht umhin, ein wichtiges Ereignis zu erwähnen, das symbolisch geworden ist Startpunkt auf dem Weg zur Kommerzialisierung von Zink-Luft-Zellen: Am 9. Juni letzten Jahres gab Zinc Matrix Power offiziell die Unterzeichnung einer strategischen Vereinbarung mit der Intel Corporation bekannt. Gemäß den Bedingungen dieser Vereinbarung werden ZMP und Intel ihre Entwicklungsbemühungen bündeln neue Technologie wiederaufladbare Batterien für Laptop-PCs. Zu den Hauptzielen dieser Arbeit gehört es, die Akkulaufzeit von Laptops auf 10 Stunden zu erhöhen. Nach dem bestehenden Plan werden die ersten Modelle ausgerüstet Zink-Luft-Batterien Laptops sollen 2006 in den Handel kommen.

Elektrochemische Energiespeichertechnologien entwickeln sich rasant weiter. Das Unternehmen NantEnergy bietet eine preisgünstige Zink-Luft-Energiespeicherbatterie an.

NantEnergy, angeführt vom kalifornischen Milliardär Patrick Soon-Shiong, hat eine Zink-Luft-Energiebatterie (Zinc-Air Battery) eingeführt, deren Kosten deutlich niedriger sind als die ihrer Lithium-Ionen-Pendants.

Zink-Luft-Energiespeicher

Die „durch Hunderte von Patenten geschützte“ Batterie ist für den Einsatz in Energiespeichersystemen in der Versorgungsindustrie vorgesehen. Laut NantEnergy betragen die Kosten weniger als hundert Dollar pro Kilowattstunde.

Der Aufbau einer Zink-Luft-Batterie ist einfach. Beim Laden wird Zinkoxid durch Elektrizität in Zink und Sauerstoff umgewandelt. Während der Entladephase in der Zelle wird Zink durch Luft oxidiert. Ein in einem Kunststoffgehäuse eingeschlossener Akku ist nicht viel größer als eine Aktentasche.

Zink ist kein seltenes Metall und die im Zusammenhang mit Lithium-Ionen-Batterien diskutierten Ressourcenbeschränkungen betreffen Zink-Luft-Batterien nicht. Darüber hinaus enthalten Letztere praktisch keine umweltschädlichen Elemente und Zink lässt sich sehr leicht für die Zweitverwendung recyceln.

Es ist wichtig zu beachten, dass es sich bei dem NantEnergy-Gerät nicht um einen Prototyp handelt Serienmodell, das in den letzten sechs Jahren „an Tausenden von verschiedenen Orten“ getestet wurde. Diese Batterien versorgten „mehr als 200.000 Menschen in Asien und Afrika mit Energie und wurden in mehr als 1.000 Türmen eingesetzt.“ Mobilfunkkommunikation weltweit".

Solch ein kostengünstiges Energiespeichersystem wird „transformieren“. elektrisches Netzwerk„in ein 24/7, völlig CO2-freies System“, das also vollständig auf erneuerbaren Energiequellen basiert.

Zink-Luft-Batterien sind nicht neu; sie wurden bereits im 19. Jahrhundert erfunden und sind seit den 30er Jahren des letzten Jahrhunderts weit verbreitet. Die Hauptanwendungsgebiete dieser Stromquellen sind Hörgeräte, tragbare Radios, Fotogeräte... Ein bestimmtes wissenschaftliches und technisches Problem, das durch die chemischen Eigenschaften von Zink verursacht wurde, war die Herstellung wiederaufladbarer Batterien. Wie es scheint, dieses Problem sind heute weitgehend überwunden. NantEnergy hat erreicht, dass der Akku den Lade- und Entladezyklus mehr als 1000 Mal ohne Leistungseinbußen wiederholen kann.

Unter anderen vom Unternehmen angegebenen Parametern: 72 Stunden Autonomie und eine 20-jährige Lebensdauer des Systems.

Natürlich gibt es Fragen zur Anzahl der Zyklen und anderen Merkmalen, die geklärt werden müssen. Allerdings glauben einige Energiespeicherexperten an die Technologie. In einer im vergangenen Dezember durchgeführten GTM-Umfrage gaben acht Prozent der Befragten an, dass Zinkbatterien eine Technologie seien, die Lithium-Ionen in Energiespeichersystemen ersetzen könne.

Zuvor hatte Tesla-Chef Elon Musk berichtet, dass die Kosten für von seinem Unternehmen produzierte Lithium-Ionen-Zellen (Zellen) in diesem Jahr unter 100 US-Dollar/kWh fallen könnten.

Wir hören oft, dass sich die Verbreitung variabler erneuerbarer Energiequellen, Solar- und Windenergie, aufgrund des Mangels an kostengünstigen Energiespeichertechnologien angeblich verlangsamt (verlangsamen wird).

Dies ist natürlich nicht der Fall, da Energiespeicher nur eines der Instrumente zur Steigerung der Agilität (Flexibilität) des Energiesystems sind, aber nicht das einzige. Darüber hinaus entwickeln sich, wie wir sehen, elektrochemische Energiespeichertechnologien rasant weiter. veröffentlicht

Wenn Sie Fragen zu diesem Thema haben, wenden Sie sich bitte an die Experten und Leser unseres Projekts.

Das neue Produkt verspricht, die Energieintensität von Lithium-Ionen-Batterien um das Dreifache zu übertreffen und gleichzeitig halb so viel zu kosten.

Beachten Sie, dass Zink-Luft-Batterien derzeit nur noch in Form von Einwegzellen oder manuell, also durch Wechseln der Patrone, „wiederaufladbar“ hergestellt werden. Dieser Batterietyp ist übrigens sicherer als Lithium-Ionen-Batterien, da er keine flüchtigen Stoffe enthält und sich dementsprechend nicht entzünden kann.

Das Haupthindernis bei der Entwicklung wiederaufladbarer Optionen – also Batterien – ist die schnelle Verschlechterung des Geräts: Der Elektrolyt wird deaktiviert, Oxidations-Reduktions-Reaktionen verlangsamen sich und hören nach nur wenigen Ladezyklen ganz auf.

Um zu verstehen, warum dies geschieht, müssen wir zunächst das Funktionsprinzip von Zink-Luft-Zellen beschreiben. Die Batterie besteht aus Luft- und Zinkelektroden und Elektrolyt. Bei der Entladung bildet von außen kommende Luft mit Hilfe von Katalysatoren Hydroxylionen (OH-) in der wässrigen Elektrolytlösung.

Sie oxidieren die Zinkelektrode. Bei dieser Reaktion werden Elektronen freigesetzt, die einen Strom bilden. Während der Akku geladen wird, läuft der Vorgang weiter Rückseite: An der Luftelektrode entsteht Sauerstoff.

Bisher trocknete die wässrige Elektrolytlösung beim Betrieb eines Akkus oft einfach aus oder drang zu tief in die Poren der Luftelektrode ein. Darüber hinaus war das abgeschiedene Zink ungleichmäßig verteilt und bildete eine verzweigte Struktur, wodurch es zu Kurzschlüssen zwischen den Elektroden kam.

Das neue Produkt ist frei von diesen Mängeln. Spezielle gelbildende und adstringierende Zusätze steuern die Feuchtigkeit und Form der Zinkelektrode. Darüber hinaus haben Wissenschaftler neue Katalysatoren vorgeschlagen, die auch die Leistung von Elementen deutlich verbesserten.

Bisher übersteigt die beste Leistung von Prototypen nicht Hunderte von Ladezyklen (Foto von ReVolt).

James McDougall, CEO von ReVolt, geht davon aus, dass die ersten Produkte im Gegensatz zu aktuellen Prototypen bis zu 200 Mal aufgeladen werden können und bald 300 bis 500 Zyklen erreichen können. Dieser Indikator ermöglicht die Verwendung des Elements beispielsweise in Handys oder Laptops.

Ein Prototyp der neuen Batterie wurde von der norwegischen Forschungsstiftung SINTEF entwickelt und ReVolt vermarktet das Produkt (Illustration von ReVolt).

ReVolt entwickelt auch Zink-Luft-Batterien für Elektrofahrzeuge. Solche Produkte ähneln Brennstoffzellen. Die darin enthaltene Zinksuspension fungiert als Flüssigelektrode, während die Luftelektrode aus einem Röhrensystem besteht.

Durch das Pumpen der Suspension durch die Rohre wird Strom erzeugt. Das entstehende Zinkoxid wird dann in einem anderen Fach gelagert. Beim Wiederaufladen geht es denselben Weg weiter und das Oxid verwandelt sich wieder in Zink.

Solche Batterien können mehr Strom produzieren, da das Volumen der Flüssigkeitselektrode viel größer sein kann als das Volumen der Luftelektrode. McDougall geht davon aus, dass sich dieser Zellentyp zwischen zwei- und zehntausend Mal aufladen lässt.