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.

Die Zahl der Menschen, die Zink-Luft-Batterien als Energiequelle für ihre Hörgeräte verwenden, wächst von Tag zu Tag. Diese Batterien sind umweltfreundlich und halten aufgrund ihrer erhöhten Kapazität viel länger als andere Batterietypen. Allerdings ist es schwierig, die genaue Lebensdauer des verwendeten Elements zu bestimmen, sie hängt von vielen Faktoren ab. Zu bestimmten Zeitpunkten haben Benutzer Fragen und Beschwerden.<Радуга Звуков>Ich werde versuchen, eine umfassende Antwort auf eine sehr wichtige Frage zu geben: Was bestimmt die Akkulaufzeit?

VORTEILE...

Die Hauptstromquelle für Hörgeräte waren viele Jahre lang Quecksilberoxidbatterien. Allerdings Mitte der 90er Jahre. Es wurde klar, dass sie völlig veraltet waren. Erstens enthielten sie Quecksilber – einen äußerst schädlichen Stoff. Zweitens entstanden digitale Batterien, die rasant den Markt eroberten und grundlegend andere Anforderungen an die Eigenschaften von Batterien stellten.

Die Quecksilberoxid-Technologie wurde durch die Zink-Luft-Technologie ersetzt. Das Besondere daran ist, dass als einer der Bestandteile (Kathode) der chemischen Batterie Sauerstoff aus der Umgebungsluft verwendet wird, der durch spezielle Löcher eindringt. Durch die Entfernung von Quecksilber oder Silberoxid aus dem Batteriegehäuse, das bisher als Kathode diente, wurde mehr Platz für Zinkpulver geschaffen. Daher sind Zink-Luft-Batterien im Vergleich zueinander energieintensiver verschiedene Typen Batterien gleicher Größe. Dank dieser genialen Lösung bleibt die Zink-Luft-Batterie konkurrenzlos, solange ihre Kapazität durch das geringe Volumen moderner Miniaturbatterien begrenzt ist.

Auf der positiven Seite der Batterie befinden sich (je nach Größe) ein oder mehrere Löcher, durch die Luft eindringt. Die chemische Reaktion, bei der der Strom erzeugt wird, läuft recht schnell ab und ist auch ohne Belastung der Batterie innerhalb von zwei bis drei Monaten vollständig abgeschlossen. Daher werden diese Löcher während des Herstellungsprozesses mit einer Schutzfolie abgedeckt.

Um sich auf die Arbeit vorzubereiten, müssen Sie den Aufkleber entfernen und dem Wirkstoff Zeit geben, sich mit Sauerstoff zu sättigen (3 bis 5 Minuten). Wenn Sie den Akku sofort nach dem Öffnen verwenden, erfolgt die Aktivierung nur in der Oberflächenschicht des Stoffes, was die Lebensdauer erheblich beeinträchtigt.

Die Größe des Akkus spielt eine wichtige Rolle. Je größer es ist, desto mehr Wirkstoffreserven enthält es und desto mehr Energie wird gespeichert. Daher die meisten grosse Kapazität Der Akku hat die Größe 675, der kleinste hat einen Akku der Größe 5. Auch die Kapazität der Akkus hängt vom Hersteller ab. Bei Akkus der Größe 675 kann sie beispielsweise zwischen 440 mAh und 460 mAh variieren.

UND FUNKTIONEN

Erstens hängt die von der Batterie gelieferte Spannung von ihrer Betriebsdauer, genauer gesagt vom Grad ihrer Entladung, ab. Die neue Zink-Luft-Batterie kann bis zu 1,4 V liefern, allerdings nur für kurze Zeit. Dann sinkt die Spannung auf 1,25 V und bleibt für längere Zeit bestehen. Und am Ende der Batterielebensdauer sinkt die Spannung stark auf unter 1 V.

Zweitens funktionieren Zink-Luft-Batterien umso besser, je wärmer es ist. In diesem Fall sollten Sie natürlich die für diesen Akkutyp eingestellte Maximaltemperatur nicht überschreiten. Dies gilt für alle Batterien. Die Besonderheit von Zink-Luft-Batterien besteht jedoch darin, dass ihre Leistung auch von der Luftfeuchtigkeit abhängt. Die darin ablaufenden chemischen Prozesse hängen vom Vorhandensein einer bestimmten Menge Feuchtigkeit ab. Vereinfacht gesagt: Je heißer und feuchter, desto besser (gilt nur für CA-Batterien!). Dass sich Luftfeuchtigkeit jedoch negativ auf andere Komponenten des Hörsystems auswirkt, ist eine andere Sache.

Drittens hängt der Innenwiderstand der Batterie von mehreren Faktoren ab: Temperatur, Luftfeuchtigkeit, Betriebszeit und der vom Hersteller verwendeten Technologie. Je höher die Temperatur und Luftfeuchtigkeit, desto geringer ist die Impedanz, was sich positiv auf die Funktion des Hörsystems auswirkt. Der neue 675er Akku hat einen Innenwiderstand von 1-2 Ohm. Am Ende der Lebensdauer kann dieser Wert jedoch auf 10 Ohm und bei der 13. Batterie auf bis zu 20 Ohm ansteigen. Je nach Hersteller kann dieser Wert stark variieren, was bei Bedarf zu Problemen führt maximale Leistung, im technischen Pass eingetragen.

Bei Überschreiten eines kritischen Stromverbrauchswertes wird die Endstufe oder das gesamte Hörsystem abgeschaltet, um der Batterie eine Regeneration zu ermöglichen. Wenn danach<дыхательной паузы>Die Batterie beginnt wieder, ausreichend Strom für den Betrieb zu erzeugen, und die SA schaltet sich wieder ein. Bei vielen Hörsystemen geht eine Reaktivierung einher Tonsignal, das gleiche, das Sie über einen Spannungsabfall in der Batterie benachrichtigt. Das heißt, in einer Situation, in der sich der SA aufgrund eines hohen Stromverbrauchs ausschaltet, ertönt beim erneuten Einschalten ein Warnsignal, obwohl die Batterie möglicherweise völlig neu ist. Diese Situation tritt normalerweise auf, wenn das Hörgerät einen sehr hohen Eingangsschalldruckpegel empfängt und das Hörgerät selbst auf eingestellt ist volle Kraft.

Faktoren, die die Lebensdauer beeinflussen

Eine der größten Herausforderungen für Batterien besteht darin, eine konstante Stromversorgung über die gesamte Lebensdauer der Batterie sicherzustellen.

Die Akkulaufzeit wird zunächst durch die Art der verwendeten CA bestimmt. In der Regel verbrauchen analoge Geräte mehr Strom als digitale Geräte und Geräte mit hoher Leistung verbrauchen mehr Strom als Geräte mit geringer Leistung. Typische Stromverbrauchswerte für Geräte mittlerer Leistung liegen zwischen 0,8 und 1,5 mA und für Geräte mit hoher und extremer Leistung zwischen 2 und 8 mA.

Digitale CAs sind im Allgemeinen wirtschaftlicher als analoge CAs gleicher Leistung. Sie haben jedoch einen Nachteil: Beim Umschalten von Programmen oder beim automatischen Auslösen komplexer Signalverarbeitungsfunktionen (Rauschunterdrückung, Spracherkennung usw.) verbrauchen diese Geräte deutlich mehr Strom als in normaler Modus. Der Energiebedarf kann steigen und fallen, je nachdem, welche Signalverarbeitungsfunktion im ausgeführt wird dieser Moment digitale Schaltkreise und sogar, ob die Korrektur des Hörverlusts eines Patienten eine unterschiedliche Verstärkung bei unterschiedlichen Eingangsschalldruckpegeln erfordert.

Auch die akustische Umgebungssituation hat Einfluss auf die Akkulaufzeit. In einer ruhigen Umgebung ist der akustische Signalpegel normalerweise niedrig – etwa 30-40 dB. In diesem Fall ist das in die SA eingehende Signal ebenfalls klein. In einer lauten Umgebung, zum Beispiel in der U-Bahn, im Zug, in einer Fabrik oder auf einer lauten Straße, kann der Pegel des akustischen Signals 90 dB oder mehr erreichen (bei einem Presslufthammer etwa 110 dB). Dies führt zu einer Erhöhung des Pegels des Ausgangssignals des CA und dementsprechend zu einem erhöhten Stromverbrauch. Gleichzeitig beginnen die Einstellungen des Gerätes zu wirken – mit größerer Verstärkung ist auch der Stromverbrauch größer. Typischerweise konzentrieren sich Umgebungsgeräusche auf den Tieftonbereich, daher sinkt bei stärkerer Unterdrückung des Tieftonbereichs durch die Klangregelung auch der Stromverbrauch.

Der Stromverbrauch von Geräten mittlerer Leistung hängt nicht allzu sehr vom Pegel des Eingangssignals ab, bei leistungsstarken und ultraleistungsfähigen CAs ist der Unterschied jedoch recht groß. Beispielsweise beträgt die Stromstärke bei einem eingehenden Signal mit einer Intensität von 60 dB (bei dem sich der Stromverbrauch des SA normalisiert) 2-3 mA. Bei einem Eingangssignal von 90 dB (und den gleichen CA-Einstellungen) erhöht sich der Strom auf 15-20 mA.

Methodik zur Bewertung der Batterielebensdauer

Typischerweise wird die Lebensdauer des Akkus unter Berücksichtigung seiner Nennkapazität und des geschätzten Stromverbrauchs des Geräts beurteilt, der in den technischen Daten (Reisepass) des Geräts angegeben ist. Nehmen wir einen typischen Fall: eine 675-Zink-Luft-Batterie mit einer typischen Kapazität von 460 mAh.

Bei Verwendung in einem Gerät mittlerer Leistung mit einem Stromverbrauch von 1,4 mA beträgt die theoretische Lebensdauer 460/1,4 = 328 Stunden. Wenn das Gerät 10 Stunden am Tag getragen wird, bedeutet dies, dass das Gerät länger als einen Monat in Betrieb ist (328/10=32,8).

Bei Betrieb eines leistungsstarken Geräts in ruhiger Umgebung (Stromverbrauch 2 mA) beträgt die Lebensdauer 230 Stunden, also etwa drei Wochen bei 10-stündigem Tragen. Wenn die Umgebung jedoch laut ist, kann der Stromverbrauch 15–20 mA erreichen (je nach Gerätetyp). In diesem Modus beträgt die Lebensdauer 460/20=23 Stunden, d.h. weniger als 3 Tage. Natürlich geht niemand 10 Stunden lang in einer solchen Umgebung spazieren, und der reale Modus wird hinsichtlich des Stromverbrauchs gemischt sein. Dieses Beispiel veranschaulicht also lediglich die Berechnungsmethodik und gibt Extremwerte für die Lebensdauer an. Normalerweise beträgt die Akkulaufzeit eines leistungsstarken Geräts zwei bis drei Wochen.

Verwenden Sie Batterien, die speziell für Hörgeräte entwickelt wurden (als solche gekennzeichnet oder gekennzeichnet), von renommierten Stromquellenherstellern (GP, Renata, Energizer, Varta, Panasonic, Duracell Activair, Rayovac).

Zerbrechen Sie die Schutzfolie der Batterie nicht (öffnen Sie sie nicht), bis sie in das Hörgerät eingebaut ist.

Lagern Sie Batterien in Blisterpackungen bei Raumtemperatur und normaler Luftfeuchtigkeit. Wunsch<сберечь>Wenn Sie die Batterie länger im Kühlschrank lassen, kann dies zum genau gegenteiligen Ergebnis führen: Das Gerät mit einer neuen Batterie funktioniert überhaupt nicht mehr.

Bevor Sie den Akku in das Gerät einsetzen, lassen Sie ihn 3-5 Minuten lang ohne Folie.

Schalten Sie Ihre CA aus, wenn Sie sie nicht verwenden. Entfernen Sie nachts die Stromquellen vom Gerät und lassen Sie das Batteriefach offen.

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 auf 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 Erschwerend kommt hinzu, dass zur Leistungssteigerung die Anoden von Zink-Luft-Zellen aus zerkleinertem Zinkpulver bestehen (dadurch kann die Oberfläche der Elektrode deutlich vergrößert werden). 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 beträgt 240 Wh pro 1 kg Gewicht und die maximale Leistung beträgt 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.

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