Nickel-Zink batterijen zijn gebaseerd op de klassieke nickel-cadmium technologie, maar waarbij het giftige cadmium door zink wordt vervangen. De eigenschappen zijn niet zo goed (betrouwbaarheid) maar er is verbetering. Op deze pagina bespreken voornamelijk de technologie van de nickel zink accu's.
Een batterij die al heel lang bestaat (Edison heeft er ook een patent op genomen!) is de nickel-zink batterij (Ni-Zn).
Het is pas heel recent dat men een construktie heeft ontworpen zodat het zink niet in het electroliet oplost en dan overal neerslaat in de vorm van dendrieten (die kortsluiting in de cel veroorzaken).
Deze batterij is vergelijkbaar met de nickel cadmium batterij (kan tegen zeer hoge stromen, mag volledig ontladen worden), en is daarom een vervanger ervan. De rustspanning is echter veel hoger (1.6V in plaats van 1.2V).
Een andere type accu in AA/AAA formaat die ook een hogere spanning levert is de Kentli lithium accu. een ingebouwde converter zet de 3.6V spanning van de lithium-ion batterij om in een constante 1.5V. Deze batterij is echter niet aan te raden. Tegenwoordig kan je meer en meer dergelijke batterijen vinden van verschillende fabrikanten, aar het probleem is dat de converter constant stroom trekt, waardoor de batterij redelijk snel leegloopt. Ook blijft de spanning constant op 1.5V, waardoor je niet kan meten wanneer de batterij bijna leeg is.
Toen ik deze tekst voor het eerst schreef, 10 30 jaar geleden, waren de batterijen al op de markt, maar konden nog niet opnieuw geladen worden. De batterijen links (die u toen in de handel kon vinden) zijn niet-oplaadbaar. Tegenwoordig zijn deze batterijen enkel leverbaar in oplaadbare versie.
Technologie
Nikkel-zinkbatterijen maken gebruik van alkali-elektrolytbatterij technologie:- De elektrolyt is een geconcentreerde oplossing van kaliumhydroxide (KOH) waaraan een kleine hoeveelheid lithiumhydroxide (LiOH) is toegevoegd.
- De positieve elektrode bestaat uit nikkeloxyhydroxide, dat tijdens het ontladen in hydroxide wordt omgezet. Beide componenten zijn slechts licht oplosbaar in water, maar veranderen enigszins van grootte tijdens het laden en ontladen. De zwelling is minder uitgesproken dan bij de elektrode in loodzuurbatterijen (wat een oorzaak is van capaciteitsverlies in deze batterijen).
- De negatieve elektrode bestaat uit metallisch zink, dat wordt omgezet in kaliumzink, dat oplosbaar is in de elektrolyt. Tijdens het laden wordt zink opnieuw afgezet op de elektrode, maar het vormt geen homogene laag en er bestaat een risico op dendrietvorming. Na verloop van tijd kunnen deze dendrieten contact maken met de positieve elektrode, waardoor de cel kortsluiting maakt. Zink kan ook worden omgezet in niet-geleidend zinkoxide. Chemische elementen die aan de elektrolyt worden toegevoegd, verminderen deze negatieve effecten en verlengen de levensduur van de batterij.
Al deze batterijen ondervinden in verschillende mate elektrolytdegradatie als gevolg van de absorptie van koolstofdioxide uit de lucht. Dit is het geval bij nikkel-ijzerbatterijen, maar ook bij nikkel-zinkbatterijen. Waterverlies door elektrolyse treedt ook op wanneer de cel overladen wordt.
Huidige toepassingen
Nikkel-zinktechnologie lijkt momenteel te worden gebruikt in UPS-systemen (Uninterruptible Power Supply) voor servers in plaats van loodzuuraccu's. Deze accu's zijn veel groter dan AA- en AAA-batterijen en lijken betrouwbaarder te zijn. Ze hebben dezelfde vormfactor als de oude nikkel-ijzeraccu's. In UPS-systemen moet de accu binnen 5 minuten zijn volledige vermogen kunnen leveren, de tijd die generatoren nodig hebben om de stroomvoorziening over te nemen in geval van een stroomstoring. De levensduur van NiZn-accu's is langer dan die van loodzuuraccu's en ze kunnen ook een hogere stroom leveren. Na gebruik (volledige ontlading bij 12C) moeten de accu's afkoelen. Dit is een industriële toepassing en er zijn slechts enkele accu's van dit type op de markt verkrijgbaar.Rechts: de ontladingscurve van een nikkel-zinkaccu.
De grafiek laat zien dat de spanning gedurende het grootste deel van de ontlading, die plaatsvindt bij een stroomsterkte van 100 mA, op ongeveer 1,7 V blijft. Bij het laden gaat de spanning naar 1.85V. De maximale laadspanning bedraagt 1.9V
Zoals bij alle nickel-zink accus wordt de capaciteit in mWh in plaats van mAh aangegeven, waardoor je een numerieke aanduiding die 1.6× hoger is. Maar de effectieve capaciteit wordt nooit gehaald, in geen enkel van de accu's. 2500mWh komt ongeveer overeen met 1560mAh, maar de effectieve capaciteit ligt dichter bij 950mAh voor AA cellen (ontlading na 1 maand met een constante stroom van 100mA..
Meer informatie:
Nickel-zink (NiZn)
milliwatt en niet milliampère
