Neue Energiespeicher

Der Nickel-Zink-Akku

28. Mai 2013, 11:08 Uhr | Mathias Bloch

Fortsetzung des Artikels von Teil 1

Einsatz im Auto und in der Industrie

Nachdem die NiZn-Akkus in der Konsumelektronik Einzug gehalten haben, plant PowerGenix nun den nächsten großen Schritt: den Einsatz im Auto. Das Unternehmen hat hier besonders die Akkus für Start-Stopp-Systeme, also die sogenannten Mikrohybrid-Fahrzeuge, im Auge. Derzeit sind hier vor allem bleibasierte 12-V-AGM-Batterien (Absorbent Glass Mat) im Einsatz.

Theoretisch sind die NiZn-Akkus den NiMH-Akkus und Blei-Akkus im Auto überlegen. Sie haben eine höhere Nennspannung als NiMH, wodurch weniger Zellen benötigt werden. Das macht NiZn-Akkupacks nicht nur leichter, sondern auch effizienter, da der Widerstand des Systems sinkt, je weniger Zellen zusammengeschaltet werden müssen. Darüber hinaus weisen sie eine höhere spezifische Energie auf als NiMh, sie kommen daher mit weniger Material aus und sind entsprechend  leichter. Die spezifische Energie liegt bei einem theoretischen Wert von 372 Wh/kg und praktisch zwischen 65 und 120 Wh/kg. Dazu kommt, dass NiMH-Akkus auf Seltene Erden wie Cer oder Lanthan angewiesen sind, was die Kosten nach oben treibt.

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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.
© PowerGenix

Blei-Akkus haben zwar mit 2 V eine höhere Nennspannung, ihre spezifische Energie erreicht aber nicht einmal die Hälfte der von NiZn-Akkus; sie sind daher ungefähr doppelt so schwer. Im Vergleich zu Lithium-Ionen-Akkus kann Nickel-Zink natürlich nicht die Energiedichte von über 200 Wh/kg erreichen; allerdings könnte es eine günstigere Alternative sein, wenn der Platz keine Rolle spielt. Was noch aussteht, sind die Tests von Kunden. Dazu arbeitet PowerGenix mit europäischen, amerikanischen und chinesischen Automobilherstellern am Einsatz der NiZn-Akkus. Die Akkus für diese Tests kommen von einer Pilotlinie in Shenzen in China.

Ob die Automobil-Industrie tatsächlich NiZn-Akkus einsetzen wird, steht also noch aus. Allerdings errichtet PowerGenix gerade zusammen mit der „China City Construction Corporation“ (CCCC) eine hochautomatisierte Fertigung, mit der Akkus für Automotive-Anwendungen hergestellt werden können. Dort sollen prismatische Akkus mit Kapazitäten von 8 Ah, 40 Ah und 80 Ah vom Band gehen (Bild 1). Beim Laden und Entladen verkraften die Akkus 20 bis 25 C-Raten.

Spannungsverlauf eines NiZn-Akkus beim Kaltstartstromtest JIS D5301 bei -18 °C. Dabei muss der Akku über 30 s einen Strom von 300 A abgeben. Die grüne Kurve zeigt den Spannungsverlauf bei voll aufgeladenem Akku, die violette bei 80 Prozent Ladung und
Bild 2. Spannungsverlauf eines NiZn-Akkus beim Kaltstartstromtest JIS D5301 bei -18 °C. Dabei muss der Akku über 30 s einen Strom von 300 A abgeben. Die Kurven zeigt den Spannungsverlauf bei unterschiedlichen Ladungen des Akkus.
© PowerGenix

PowerGenix hat bereits einige Tests bestanden (Bild 2). Beim SBA-S-0101-Test, der 30.000 Ladezyklen für Mikrohybrid-Fahrzeuge vorschreibt, hielten die Nickel-Zink-Akkus über 152.000 Zyklen und hatten danach immer noch über 80 Prozent ihrer Kapazität. Zum Vergleich: Die besten AGM-Akkus hielten nur 80.000 Ladezyklen durch.

Auch bei einer Umgebungstemperatur von 75 °C hielten die NiZn-Akkus doppelt so lange durch wie ihre Pendants aus Blei. Neben der Konsumelektronik ist PowerGenix auch im industriellen Umfeld angekommen. Ein US-Kunde etwa verwendet diese Akkus in Notstromaggregaten für Ampeln. Die Temperaturunterschiede können dabei recht hoch sein, was aber der Lebensdauer der Akkus keinen Abbruch tun soll.

Außerdem wurde eine Lizenzvereinbarung mit dem Batteriehersteller EnerSys getroffen, der u.a. ein Werk in Zwickau unterhält. EnerSys will Nickel-Zink-Technik in industriellen Anwendungen einsetzen, etwa als Notstromversorgung in Militär und Luftfahrt.

Was das Recycling betrifft, verweist PowerGenix darauf, keine giftigen Inhaltsstoffe zu verwenden. Das enthaltene Nickel und Zink könne immer wieder verwendet werden. Die Recycling-Rate soll ähnlich hoch sein wie die von Blei-Akkus, also über 90 Prozent.


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