Nickel-Metallhydrid-Batterie
Nickel-Metallhydrid-Batterien werden auch Nickel-Metallhydrid-Akkumulatoren oder NiMH-Akkumulatoren genannt. Sie bestehen aus einem Gehäuse, zwei Elektroden, einem Separator und einem Elektrolyten.
Die Elektroden bestehen aus einem Trägergitter, auf das aktive Elektrodenmasse aufgebracht ist. Bei der negativen Elektrode besteht die Elektrodenmasse aus einem Metallhydrid, bei der positiven Elektrode besteht die Elektrodenmasse aus Nickel(II)hydroxid. Als Elektrolyt wird üblicherweise eine 20-%ige Kalilauge (KOH) verwendet.
Als Metallhydrid an der negativen Elektrode werden Legierungen eingesetzt. Zwei Typen dominieren: AB5-Legierungen und AB2-Legierungen. Basis für die AB5-Legierungen sind Metalle aus der Gruppe der Seltenen Erden, die auch Lanthaniden genannt werden. Die Grundlage bilden Lanthan (La) und Nickel (Ni) in Form von LaNi5. Um die Lebensdauer der Zellen zu verlängern, werden andere Komponenten zugemischt. Weitere Komponenten sind beispielsweise: Mangan (Mn), Kupfer (Cu), Chrom (Cr), Aluminium (Al), Kobalt (Co), Zirkonium (Zr), Cer (Ce), Praseodym (Pr) und Neodym (Nd). Basis für die AB2-Legierungen sind Titan (Ti) und Nickel (Ni) in Form von TiNi2. Als weitere Zusätze werden Chrom (Cr), Vanadium (V) und Zirkonium (Zr) verwendet.
Während des Ladevorgangs werden an der negativen Elektrode H+-Ionen zu Wasserstoff reduziert. Der Wasserstoff wird von der Metalllegierung an der Elektrode gebunden. Dieser Vorgang ist reversibel. Gleichzeitig wird an der negativen Elektrode das Nickel(II)-hydroxid (Ni(OH)2) zu Nickel der Oxidationsstufe III in Form von Nickel(III)-oxidhydrat (NiO(OH)) oxidiert.
Während des Entladevorgangs oxidiert das Metallhydrid (M+H-) zu Metall der Oxidationsstufe Null (M0) und einem Proton (H+). Die Protonen wiederum reagieren mit den OH--Ionen der Kalilauge und es entsteht Wasser. An der anderen Elektrode wird das Nickel(III)-oxidhydrat (NiO(OH)) zu Nickel(II)-hydroxid (Ni(OH)2) reduziert.
Um zu vermeiden, dass zum Ende des Entladevorgangs nicht das Metall statt des Wasserstoffs oxidiert, wird die negative Elektrode deutlich größer dimensioniert als die positive Elektrode. Auf diese Weise ist das Nickel(III)-oxidhydrat bereits erschöpft, bevor der Wasserstoff an der größeren negativen Elektrode erschöpft ist.
NiMH-Akkus werden für Anwendungen benutzt, bei denen hoher Strombedarf besteht und die Batteriekosten möglichst gering gehalten werden sollen. Dies sind z. B.: LED-Leuchten, Spielzeug, Elektrokleingeräte, GPS-Geräte, Elektrowerkzeuge. Auch in Notbeleuchtungslanlagen und in Elektroautos werden teilweise NiMH-Akkus benutzt.
Englische Übersetzung(en):
nickel metal hydride battery
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