Ett nickel-zinkbatteri (förkortat NiZn) är ett uppladdningsbart batteri där den positiva elektroden normalt består av nickeloxidhydroxid (NiOOH) och den negativa elektroden av zink. En enskild cell har en nominell spänning på omkring 1,6 V, vilket är högre än vanliga nickelbaserade celler (NiCd/NiMH). Stora nickel-zinksystem har förekommit i över hundra år, och tekniska förbättringar från omkring år 2000—särskilt stabilisering av zinkelektroden—har åter gjort tekniken kommersiellt konkurrenskraftig. Det finns kommersiella celler i vanliga cylindriska format såsom AA och AAA.

Konstruktion och grundläggande kemi

NiZn-cellen bygger på redoxreaktioner mellan en nickeloxidbaserad katod och en zinkanod i en alkalisk elektrolyt. Under urladdning oxideras zink till Zn(OH)2/ZnO vid anodens yta medan nickeloxidhydroxid reduceras vid katoden. Vid laddning sker motsatt reaktion. Zinkets tendens att lösas upp och sedan bilda dendriter eller ojämn avlagring har historiskt begränsat cellernas livslängd, men moderna tillsatser, separatorer och elektrodformuleringar har minskat dessa problem.

Egenskaper

  • Nominell spänning: cirka 1,6 V per cell.
  • Energitäthet: högre än många nickelbaserade celler, men ofta lägre än vissa litiumbatterier.
  • Effektkapacitet: god för högdrivna tillämpningar tack vare låg inre resistans.
  • Miljöpåverkan: innehåller inte kadmium, vilket gör dem mer miljövänliga än NiCd i detta avseende.
  • Självurladdning: varierar med cellkonstruktion; moderna NiZn-celler kan ha måttlig självurladdning.

För- och nackdelar

  • Fördelar: högre cellspänning än NiCd/NiMH, god effektleverans, fritt från kadmium och potential för bättre energitäthet i vissa format.
  • Nackdelar: zinkrelaterade problem som dendritbildning och elektroddeformation har tidigare begränsat cykellivslängd; känslighet för felaktig uppladdning kräver lämplig laddningsstyrning.

Laddning och skötsel

NiZn-celler kräver en laddningsmetod anpassad till deras högre slutspänningsnivå. En del laddare avsedda för NiCd/NiMH kan fungera beroende på konstruktion, men för optimal livslängd och säkerhet rekommenderas laddare som är specifikt avsedda för NiZn eller som kan ställas in för rätt laddningsspänning och övervakning (t.ex. tids- eller temperaturbaserad stopp). Överbelastning och långvarig överladdning kan skada zinkelektroden och minska antalet användbara cykler.

Användningsområden

NiZn-celler används i bärbara och stationära applikationer där hög cellspänning och god effektförmåga är önskvärda. Typiska områden är högdrivna konsumentapparater, vissa verktyg, och specialiserade industriella produkter. Större batterisystem baserade på NiZn har också studerats för fordons- och energilagringsapplikationer.

Historia och utveckling

Nickel-zinktekniken har historiska rötter mer än ett sekel tillbaka men har genomgått flera generationer av utveckling. Från omkring år 2000 har återuppväckt intresse och nya materiallösningar, särskilt stabiliserade zinkelektroder och förbättrade separatorer, lett till bättre cykellivslängd och ökad kommersiell tillgänglighet.

Vidare läsning

Se även artikeln om uppladdningsbart batteri för en översikt över batterityper och deras användning, samt information om spänning och hur cellspänning påverkar systemdesign.