Quelltext der Seite Zink-Luft-Batterie

[[Datei:Zinc-air-battery-types.gif|mini|Zink-Luft-Batterietypen, die als [[Hörgerätebatterie]]n Verwendung finden:<br />Blau (675), PR44, 11,56&nbsp;mm × 5,33&nbsp;mm<br />Orange (13), PR48, 7,80&nbsp;mm × 5,35&nbsp;mm<br />Braun (312), PR41, 7,80&nbsp;mm × 3,45&nbsp;mm<br />Gelb (10), PR70, 5,80&nbsp;mm × 3,60&nbsp;mm]]

Eine '''Zink-Luft-Batterie''' ist eine [[Batterie (Elektrotechnik)|Primärzelle]], d.&nbsp;h. elektrische Einweg-Zelle (umgangssprachlich meist einfach nur als „Batterie“ bezeichnet), deren Spannung von theoretisch maximal 1,60&nbsp;V aufgrund einer [[Zink]]-[[Sauerstoff]]-Reaktion entsteht. Die praktisch erreichbare Ruhespannung liegt jedoch bei nur 1,35 bis 1,4&nbsp;V, da die Sauerstoffreduktion an der Kathode stark gehemmt ist. Damit liegen Zink-Luft-Batterien im gleichen Spannungsbereich wie die nicht mehr hergestellten [[Quecksilberoxid-Zink-Batterie]]n und haben diese bei der Anwendung in [[Hörgerät]]en (siehe auch [[Hörgerätebatterie]]) ersetzt. Die Zink-Luft-Batterie wurde vor allem aufgrund des Rohstoffmangels nach dem [[Zweiter Weltkrieg|Zweiten Weltkrieg]] entwickelt. Heute bietet sie in der Bauform als [[Knopfzelle]] durch besonders hohe [[Energiedichte]] und eine annähernd waagerechte Entladungskurve die optimale Stromversorgung für analoge und digitale Hörgeräte. Auch wird sie in größerer Form für [[Elektrozaungerät]]e und als [[Laternenbatterie]] mit besonders hoher Kapazität hergestellt. Während des [[Zweiter Weltkrieg|Zweiten Weltkriegs]] wurde sie als [[Flachbatterie]] gebaut.<ref>{{Internetquelle |url=https://foursquare.com/v/dokumentationszentrum-nszwangsarbeit/4e1d72b7091a123d52be2674 |titel=Dokumentationszentrum NS-Zwangsarbeit |abruf=2021-03-19 |sprache=en}}</ref>

Nachdem im Zuge der Brennstoffzellenentwicklung ''hochbelastbare'' [[Gasdiffusionselektrode]]n in Folienform entstanden sind,<ref>Hamann, Vielstich: ''Elektrochemie.'' 1998, S. 497.</ref> wurden auch '''Zink-Luft-Akkumulatoren''' möglich.

== Entladung ==
[[Datei:Zinc air cell.jpg|mini|Schnittdarstellung]]
[[Datei:Zink-Luft-Batterie PR70 - Powerone p10.png|mini|PR70 von beiden Seiten<br /><small>Links zu sehen: Anode und Isolierung<br />Rechts zu sehen: Kathode und Eintrittsöffnung für den Luftsauerstoff</small>]]
[[Datei:Zink-Luft-Batterie PR70 - Entfernen der Versiegelungslasche.png|mini|Entfernen der Versiegelungslasche für die Eintrittsöffnung des Luftsauerstoffs]]
[[Datei:Spannungsanstieg Versiegelungslasche Zink-Luft-Batterie.svg|mini|Spannungsanstieg nach dem Entfernen der Versiegelungslasche]]

In der Zink-Luft-Batterie wird Zink mit Luftsauerstoff in einem alkalischen [[Elektrolyt]] zu [[Oxid]] oder [[Hydroxid]] oxidiert und die dabei freiwerdende Energie elektrochemisch genutzt. Es laufen die folgenden Reaktionen ab:

{| class="wikitable"
 !
 !Gleichung<ref>{{Webarchiv |url=http://www1.duracell.com/oem/primary/Zinc/zinc_air_tech.asp |wayback=20110908043503 |text=''Technisches Datenblatt''}} von Duracell.</ref>
 |-
 |[[Anode]]
 |<math>\mathrm{2\ Zn + 8\ OH^- \to 2\ Zn(OH)_4^{2-} + 4\ e^-}\quad (\mathrm{E^ 0} = -1{,}199\,\mathrm{V})</math><ref>{{CRC Handbook |Auflage=77 |Kapitel=8 |Startseite=25}}</ref><br /><small>[[Oxidation]] / Elektronenabgabe</small>
 |-
 |[[Elektrolyt]]
 |<math>\mathrm{2\ Zn(OH)_4^{2-} \to 2\ ZnO + 2\ H_2O + 4\ OH^-}</math>
 |-
 |[[Kathode]]
 |<math>\mathrm{O_2 + 2\ H_2O + 4\ e^- \to 4\ OH^-}\quad (\mathrm{E^ 0} = 0{,}401\,\mathrm{V})</math><ref>{{CRC Handbook |Auflage=77 |Kapitel=8 |Startseite=23}}</ref><br /><small>[[Reduktion (Chemie)|Reduktion]] / Elektronenaufnahme</small>
 |-
 |Gesamtreaktion
 |<math>\mathrm{2\ Zn + O_2 \to 2\ ZnO}\quad (\Delta U = 1{,}6\,\mathrm{V})</math><br /><small>[[Redoxreaktion]] / Zellreaktion</small>
 |-
 |}

Die Poren der Gasdiffusionselektrode müssen mit einem [[Elektrolyt]] benetzt sein, um eine große Reaktionsfläche für den Sauerstoffumsatz an der Dreiphasengrenze anzubieten. Das „Herzstück“ der Gasdiffusionselektrode ist eine etwa 1&nbsp;mm dünne Aktivschicht, die ein leitendes Trägermaterial aus feinteiligem Kohlenstoff aufweist, auf das elektrolytseitig ein Katalysator zur Beschleunigung der Sauerstoffreduktion und Hydroxidoxidation aufgebracht wird.

Bei neuen Batterien ist die Eintrittsöffnung für den Luftsauerstoff meist mit einer Lasche versiegelt, so dass die Redoxreaktionen erst bei Entfernung dieses Siegels einsetzen. Daher zeichnen sich Zink-Luft-Batterien durch eine lange Lagerfähigkeit aus, müssen nach Entfernung des Siegels jedoch in der Regel innerhalb weniger Wochen aufgebraucht werden.

== Ladung ==

{| class="wikitable"
 !
 !Gleichung
 |-
 |[[Anode]]
 |<math>\mathrm{4\ OH^- \to O_2 + 2\ H_2O + 4e^-}</math><br /><small>[[Oxidation]] / Elektronenabgabe</small>
 |-
 |[[Kathode]]
 |<math>\mathrm{2\ ZnO + 2\ H_2O + 4\ e^- \to 2\ Zn + 4\ OH^-}</math><br /><small>[[Reduktion (Chemie)|Reduktion]] / Elektronenaufnahme</small>
 |-
 |Gesamtreaktion
 |<math>\mathrm{2\ ZnO \to 2\ Zn + O_2}</math><br /><small>[[Redoxreaktion]] / Zellreaktion</small>
 |-
 |}

Eine Wiederaufladbarkeit kann erreicht werden, wenn das umgesetzte Metall mechanisch ersetzt wird, womit eine Variante einer Brennstoffzelle mit festem Brennstoff vorliegt. Solche Systeme werden seit den 1970er Jahren auf ihre Eignung in Elektrofahrzeugen geprüft, haben sich bisher jedoch noch nicht bewähren können.

Eine elektrische Wiederaufladung wäre weniger aufwändig und damit benutzerfreundlicher. Ein Wiederaufladen der Zink-Elektrode ist in einem wässrigen alkalischen Elektrolyten möglich; dabei bilden sich aber [[Dendrit (Kristallographie)|Dendriten]], die zu Kurzschlüssen führen. Außerdem muss eine bifunktionale, poröse [[Gasdiffusionselektrode]] verwendet werden. Bifunktional heißt, dass sie zur Reduktion des Luftsauerstoffs und zur Oxidation des Entladungsprodukts (OH<sup>−</sup>) an der Dreiphasengrenze Festelektrode&nbsp;–&nbsp;Flüssigelektrolyt&nbsp;–&nbsp;Gasraum fähig sein muss. Eine Forschungsanlage in Münster wurde ab 2022 getestet, die Versuchsanlage mit einer Kapazität von 7&nbsp;kWh wäre ungefähr für ein Einfamilienhaus geeignet. Nach den Angaben von 2022 solle während des Testbetriebs bereits eine Kommerzialisierung ins Auge gefasst werden.<ref>[https://www.ingenieur.de/fachmedien/vdi-energie-umwelt/energie-vdi-energie-umwelt/energiespeicher/durchbruch-beim-stromspeicher-der-zukunft/ Durchbruch beim Stromspeicher der Zukunft], ingenieur.de, 15. Dezember 2022</ref>

== Bauformen ==

Die zurzeit gängigsten Typen sind 13 (orange), 312 (braun) und 10 (gelb), welche besonders in [[Hörgerät]]en Verwendung finden.

{| class="wikitable"
! rowspan="2" | Nummer/<br>Type 
! rowspan="2" | Farb-<br>Schema 
! [[International Electrotechnical Commission|IEC]] || [[American National Standards Institute|ANSI]] 
! rowspan="2" | Renata 
! rowspan="2" | Varta 
! rowspan="2" | Duracell 
! rowspan="2" | Durchmesser × Höhe 
! rowspan="2" | [[Amperestunde|Kapazität]]<br>(Richtwert) 
! rowspan="2" |  [[Elektrische Spannung|Span-<br>nung]]
|-
! colspan="2" | (Zink-Luft)
|-
| align="center" | 675 || style="background:#66ccFF;" | blau || PR44 || 7003ZD || ZA675 || V675A || DA675 || 11,56&nbsp;mm × 5,33&nbsp;mm || 600 mAh || 1,4 V
|-
| align="center" |  13 || style="background:orange;" | orange || PR48 || 7000ZD || ZA13 || V13A || DA13 || {{0}}7,80&nbsp;mm × 5,35&nbsp;mm || 290 mAh || 1,4 V
|-
| align="center" |  312 || style="background:brown;" | braun || PR41 || 7002ZD || ZA312 || V312A || DA312 || {{0}}7,80&nbsp;mm × 3,45&nbsp;mm || 160 mAh || 1,4 V
|-
| align="center" |  10 || style="background:#FFFF00;" | gelb || PR70 || 7005ZD || ZA10 || V10A || DA230 || {{0}}5,80&nbsp;mm × 3,60&nbsp;mm || {{0}}90 mAh || 1,4 V
|-
| align="center" |  5 || style="background:#FF0000;" | rot || PR63 ||  7012ZD|| ZA5 ||  ||  || {{0}}5,80&nbsp;mm × 2,16&nbsp;mm || {{0}}35 mAh || 1,4 V
|}

== Literatur ==
* Carl H. Hamann, Wolf Vielstich: ''Elektrochemie.'' 3., vollständig überarbeitete Auflage. WILEY-VCH Verlag GmbH, Weinheim 1998, ISBN 3-527-27894-X.

== Weblinks ==
{{Commonscat|Zinc-air batteries|Zink-Luft-Batterien}}
* [http://www.spiegel.de/netzwelt/gadgets/0,1518,647365,00.html Spiegel-Online-Bericht über verbesserte Zink-Luft-Batterien], abgerufen am 4. Okt. 2009
* [http://www.strom-prinz.de/news/article/powern-hoergeraete-batterien-bald-unsere-elektroautos/ RWE Innogy investiert 5,5 Millionen Euro in die Erforschung verbesserter Zink-Luft-Batterien], abgerufen am 4. Okt. 2009
* [https://web.archive.org/web/20171218175358/http://batterie-info.de/Thema/zink-luft-akku/ Erklärung zum Zink-Luft-Akku]
* [https://web.archive.org/web/20120719210938/http://www.computerwoche.de/hardware/notebook-pc/1909814/ Bericht in der Computerwoche über Neuentwicklungen bezüglich Zink-Luft-Akkus], abgerufen am 6. Nov. 2009

== Einzelnachweise ==
<references />

{{Navigationsleiste Galvanische Zellen}}

{{Normdaten|TYP=s|GND=7544604-2}}

[[Kategorie:Primärbatterie]]
[[Kategorie:Akkumulator]]
[[Kategorie:Zink]]