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  _ Silberoxid/Zink-System

(Sekundärsystem)

Zn, KOH, Ag2O

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Andere Bezeichnungen   Ag2O/Zn, Silber/Zink-Akkumulator, silveroxide/zinc-system

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Anwendung  

Wegen hoher Kosten und relativ geringer Zyklenzahl wird das System dort eingesetzt, wo es auf niedrige Masse, hohen Energieinhalt und hohe Entladeströme bei guter Spannungslage ankommt und wirtschaftliche Erwägungen nicht im Vordergrund stehen. Typische Anwendungsbereiche sind: Bordbatterien in Flugzeugen, in der Meerestechnik, tragbare Funkgeräte, Raumfahrt, Waffentechnik. In der Waffentechnik (elektromotorischer Torpedoantrieb) wird das System auch als aktivierbares Primärsystem eingesetzt.

Vereinfachte elektrochemische Reaktionsgleichungen:
(Hilfe Formeln)

    Entladen -->
Laden ¬
   
Negative Elektrode: 2 Zn0 + 4 OH- ¬-->
2 Zn2+(OH)2 + 4 e-  
Positive Elektrode: Ag2+2O2 + H2O + 2e- ¬-->
Ag+2O + 2 OH- ca. 30 %
  Ag+2O + H2O + 2e- ¬-->
2 Ag0 + 2 OH- ca. 70 %
Summe: Ag2O2 + 2 H2O + 2 Zn ¬-->
2 Ag + 2 Zn(OH)2  

Gegen Ladeschluß, bei einer Zellspannung von ³ 2,1 V wird an der Silberelektrode Sauerstoff und an der Zn-Elektrode Wasserstoff entwickelt. Die Zn-Elektrode neigt zur Bildung von Dendriten, die zu Kurzschlüssen führen und damit die Lebensdauer verkürzen. Eine Überladung sollte deshalb vermieden werden.

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Technische Daten  
o Elektrolytlösung: Kalilauge mit Zusätzen von LiOH, NaOH und ca. 5% Zinkoxid. Zusätze von Pb2+, Mg2+, Ca2+ oder NaF sollen die Dendritenbildung an der Zn-Elektrode vermindern.
{short description of image} Konzentration der Kalilauge: 30 bis 45 Gew. %
{short description of image} Dichte (30 Gew.%, 20 °C): 1,18 g/cm³
{short description of image} Leitfähigkeit (30 Gew.%, 20 °C): 0,52 S/cm
{short description of image} Gefrierpunkt: ca. -40 °C
o Zellspannung:
{short description of image} Nennspannung: 1,5 V
{short description of image} Leerlauf: 1,86 bis 1,82 V
{short description of image} Arbeitsspannung: 1,45 (1,7 bis 1,3 V)
bei geringen Entladeströmen: ³ 1,8 bzw. ³ 1,6 V (Die Stufen entsprechen den beiden Silberoxiden, s. Gleichung),
{short description of image} Ladeschlußspannung: 2,05 V
{short description of image} Entladeschluß: 1,0 V
o Betriebstemperatur: -20 bis 75 °C, Lagertemperatur –40 bis 60°C (naß).
o Theoretische spezifische Energie: 478 Wh/kg
o Praktische spez. Energie: 90 Wh/kg
{short description of image} (70 bis 120 Wh/kg bei ein- bzw. fünfstündiger Entladung)
o Energiedichte: 80 bis 180 Wh/l
o Energiewirkungsgrad: ca. 70%, Ladewirkungsgrad ³ 90%,
o Entladeprofil: Doppelplateau
o Energiedichte: hoch für Hochstromanwendungen
o Selbstentladung bei 20°C / Monat: < 3%
o Lebensdauer: 1 bis 3 Jahre (Niedrigstromanwendung)
o Mögliche Zyklen: je nach Bauart 20 bis 150 Zyklen, bei Teilentladung bis zu 1000 Zyklen, Hochleistungszellen 20 bis 30 Zyklen. Hohe Entladeströme vermindern die Zyklenzahl,
o Schockbelastbarkeit: gut
o Baugrößen: 0,5 bis 660 Ah


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Besonderheiten   Die Zinkelektrode verursacht die meisten Ausfälle dieses Systems. Bekannt sind Abschlammung, Shape Change (Formänderung), Ausbildung isolierender Schichten und Dendritenbildung (Baumstruktur) mit Kurzschlußfolge.

Bei der Wiederaufladung scheidet sich das im Elektrolyten befindliche gelöste Zinkhydroxid metallisch in Form rau zerklüfteter Oberflächen an der negativen Elektrode ab. Besonders bei hohen Stromdichten entstehen Zinkdendriten, die durch den Separator wachsen, oder auch als abgefallene Nadeln Kurzschlüsse verursachen können. Verschiedene Elektrolytzusätze und Cadmiumoxidzusätze in der Zinkelektrode sollen die Dendritenbildung verhindern.

Im Laufe der Zyklen verändert sich bei vertikal eingebauten Zn-Elektroden die ursprünglich gleichmäßige Schichtdicke (Shape Change). Im mittleren und unteren Bereich der Elektrode sammelt sich immer mehr Zn an. Dadurch werden Elektrodenstapel verbogen; das Zellengehäuse kann platzen.

Vorteile: Große Energiedichte, hohe Entladeströme, hohe Entladespannung, lageunabhängige Entladung möglich, lange Lagerfähigkeit, geringe Selbstentladerate.

Nachteile: Hohe Kosten, geringe Zyklenzahl, schlechteres Verhalten bei tiefen Temperaturen, Shape changing.

Bauarten: Siberoxid-Zink-Sekundärzellen werden als Knopfzellen, zylindrische Zellen mit spiralförmig gewickeltem Elektrodensatz und in prismatischer Form und entsprechenden Batteriepacks gefertigt, mit Kapazitäten von 0,1 und 300 Ah/Zelle. Prismatische Zellen werden als vorgeladene oder ungeladene Füllzellen geliefert. Der Elektrolyt wird vom Anwender eingefüllt. Hochstrom und normalbelastbare Zellen unterscheiden sich in der Elektrodendicke und im Aufbau des Separators.
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Adresse   Ansprechpartner:
Dr. Jens Tübke
Tel.: (0721) 4640-343
Fax: (0721) 4640-111
 

Fraunhofer Institut für Chemische Technologie

Joseph-von-Fraunhofer-Str. 7
D-76327 Pfinztal (Berghausen)

Telefon (0721) 46 40-0
Fax (0721) 46 40 - 111



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