Neue Energiespeicher Der Nickel-Zink-Akku

Bild 1. Ein 12-V-Akku für Start-Stopp-Systeme von PowerGenix mit einer Kapazität von 40 Ah.
Bild 1. Ein 12-V-Akku für Start-Stopp-Systeme von PowerGenix mit einer Kapazität von 40 Ah.

Dem US-Unternehmen PowerGenix ist es vor wenigen Jahren gelungen, Nickel-Zink-Akkus zur Marktreife zu führen. Nachdem die Akkus in der Konsumelektronik angekommen sind, hat das Unternehmen nun den Automarkt im Blick.

Nickel-Zink-Akkus (NiZn) gibt es seit 2011 in den Regalen von Conrad. Was sofort ins Auge fällt, ist, dass diese Akkus eine Nennspannung von 1,6 V aufweisen und somit direkt eine Primärzelle mit 1,5 V ersetzen können. Die weit verbreiteten Nickel-Metallhydrid-Akkus (NiMH) bringen es lediglich auf 1,2 V Nennspannung. In Deutschland gibt es -Nickel-Zink-Akkus bisher nur als AA- oder AAA-Zellen, die mit dem Logo der Elektronik-Kette versehen sind.

Hinter diesen unscheinbaren Akkus steckt eine lange Geschichte, denn der NiZn-Akku wurde bereits vor über 100 Jahren von niemand Geringerem als Thomas Edison entwickelt, der 1901 ein Patent dafür anmeldete. Das Problem war allerdings, dass die Lebensdauer der NiZn-Akkus stark begrenzt war. Die Zink-Anode war nicht stabil und löste sich nach und nach im Elektrolyt auf. Dazu kam, dass sich recht schnell Dendriten bildeten, welche die Akkuzelle intern kurzschließen. Immer wieder versuchten Unternehmen oder Forscher, diese Technik marktreif zu machen, aber es gelang nicht.

Der entscheidende Durchbruch kam erst in den 90er-Jahren. Der Chemiker und Stanford-Dozent Morris Eisenberg konzentrierte sich bei seiner Forschung auf den Elektrolyt. Was er genau an der Zusammensetzung änderte, ist geheim. Mit diesem Elektrolyt gelang es Eisenberg, dass die Zink-Anode deutlich mehr Ladezyklen durchhielt und sich außerdem keine Dendriten mehr bildeten. Sein Unternehmen Next Century Power scheiterte jedoch, Eisenberg starb und schließlich gelangte die IP in die Hände von Investoren, die 2003 das Unternehmen PowerGenix gründeten. Das Kern-Know-how ist dabei die Zusammensetzung des Elektrolyten. Daher wird auch nicht verraten, aus was es besteht, außer dass er wasserbasiert ist. Damit ist der Elektrolyt nicht brennbar, was ihn etwa von den organischen Elektrolyten in Lithium-Ionen-Akkus unterscheidet.

Außerdem ist die Zink-Anode um 15 Prozent leitfähiger als die Cadmium-Anode von Nickel-Cadmium-Akkus (NiCd). Damit eignen sich diese Akkus besonders für schnelles Laden und Entladen, was besonders dann zum Tragen kommt, wenn hohe Ströme in kurzer Zeit benötigt werden wie z.B. beim Blitzlicht für Kameras.

PowerGenix entwickelte die Technik bis 2008 dann zur Marktreife weiter, wozu auch das Fertigungsverfahren gehört. So lassen sich die Nickel-Zink-Akkus mit nur geringen Modifikationen auf bestehende Linien für Nickel-Cadmium- oder NiMH-Akkus fertigen. Dadurch sind die Investitionskosten gering und es lassen sich hohe Stückzahlen fertigen.

NiZn-Akkus benötigen ein eigenes -Ladeverfahren, wodurch anfangs ein eigenes Ladegerät erforderlich war. Conrad bietet mittlerweile ein Ladegerät an, das automatisch erkennt, ob es sich um einen NiZn- oder einen NiMH-Akku handelt. Ähnlich wie Lithium-Ionen-Akkus werden NiZn-Akkus mit einem Konstantstrom/Konstantspannungs-Verfahren geladen, während NiMH-Akkus nur mit einem konstanten Strom geladen werden. Dazu kommt, dass die Ladeschlussspannung von NiZn-Akkus bei 1,9 V liegt, während es bei NiMH-Akkus rund 1,4 V sind.