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Die Nickel-Kadmium-Batterie, ihre Dominanz und Zukunft
In
diesem Kapitel werden wir die Stärken und Grenzen von verschiedenen Batteriechemien
beurteilen, beginnend mit Nickel-Kadmium. Jeder Batterietyp hat seine spezifischen
Vorteile, aber keiner ergibt eine total zufriedenstellende Lösung. Mit der
immer grösser werdenden Auswahl an verschiedenen Batteriechemien, die heute
zur Verfügung stehen, können spezifische Bedürfnisse immer besser
abgedeckt werden. Eine vorsichtige Beurteilung der Eigenschaften jedes Batterietyps
ist deshalb wichtig. Auf Grund ihrer Ähnlichkeiten, werden Nickel-Kadmium-
sowie Nickel-Metallhydrid-Batterien in diesem Artikel gleichzeitig behandelt.
Die
Nickel-Kadmium-Batterie
Der Schwede Waldmar Jungner erfand 1899 die Nickel-Kadmium-Batterie.
Zu jener Zeit waren diese Materialien teuer verglichen mit anderen vorhandenen
Batterietypen, und ihre Verwendung war begrenzt auf spezielle Applikationen. 1932
wurde das aktive Material im Innern einer porösen, vernickelten Elektrode
abgelegt, und um 1947 begann die Forschung für eine versiegelte Nickel-Kadmium-Batterie.
Anstelle die bei der Ladung entstehenden Gase abzuführen, wurden sie regeneriert.
Dieser Fortschritt führte zur modernen versiegelten Nickel-Kadmium-Batterie,
wie sie noch heute Verwendung findet.
Nickel-Kadmium bevorzugt eine Schnellladung
gegenüber einer Langsamladung, sowie eine Impulsladung gegenüber einer
DC-Ladung. Sie ist ein starker und stiller Arbeiter, der hart arbeitet und wenig
Probleme stellt. Das heisst, die Nickel-Kadmium ist die einzige Batterie, die
unter strengen Arbeitsbedingungen gute Leistungen erbringt. Alle anderen Chemien
ziehen schwache Entlade- und mässige Ladeströme vor.
Nickel-Kadmium
lieben es nicht, gepuffert zu werden, indem sie während Tagen im Ladegerät
gelassen werden, und nur gelegentlich für kurze Zeit verwendet werden. Eine
regelmässige Vollladung ist derart wichtig, dass, wenn dies unterlassen wird,
sich auf den Zellenplatten grosse Kristalle bilden (auch als Memory-Effekt bezeichnet),
und die Nickel-Kadmium verliert allmählich ihre Leistungsfähigkeit.
Unter
den wieder aufladbaren Batterien verbleibt die Nickel-Kadmium eine beliebte Wahl
für Funkgeräte, medizinische Geräte und Werkzeuge. Es besteht allerdings
ein Trend zu Batterien mit höherer Energiedichte und weniger giftigen metallischen
Substanzen, aber alternative Chemien können vielfach die Bedingungen für
die überlegene Lebenserwartung und tiefe Kosten der Nickel-Kadmium nicht
erfüllen.
Nachfolgend eine Zusammenfassung der Vorteile und Grenzen
der Nickel-Kadmium-Batterie.
Vorteile
- Schnelle und einfache Aufladung
- Hohe Anzahl von Lade-/Entladezyklen
--- wenn gut gewartet, können Nickel-Kadmium über 1000 Lade-/Entladezyklen
erreichen
- Gute Ladeeigenschaften --- Nickel-Kadmium erlauben eine Ladung
auch bei tiefen Temperaturen
- Lange Lagerungsfähigkeit --- 5 Jahre Lagerung
ist möglich. Erneute Formatierung vor Gebrauch ist notwendig.
- Einfache
Lagerung und Transport --- die meisten Fluggesellschaften akzeptieren Nickel-Kadmium-Batterien
ohne spezielle Bedingungen.
- Gute Leistungen bei tiefen Temperaturen
-
Vergibt schlechte Behandlung --- Nickel-Kadmium ist eine der robustesten wiederaufladbaren
Batterien
- Wirtschaftlicher Preis --- Nickel-Kadmium ist die günstigste
Batterie, in Bezug auf Kosten pro Zyklus.
- Erhältlich in vielen Grössen,
Varianten und Leistungsoptionen --- die meisten Nickel-Kadmium-Zellen sind zylindrisch.
Grenzen
-
Verhältnismässig tiefe Energiedichte
- Memory-Effekt --- Nickel-Kadmium
müssen regelmässig untersucht und gewartet werden, um den Memory-Effekt
zu vermeiden.
- Umweltunfreundlich --- Nickel-Kadmium enthält giftige
metallische Substanzen. Gewisse Länder schränken ihre Verwendung ein.
-
Verhältnismässig hohe Selbstentladung --- verlangt eine Aufladung nach
Lagerung
Die Nickel-Metallhydrid-Batterie
Die Forschung über
Nickel-Metallhydrid begann um 1970, als Mittel, Wasserstoff für Nickel-Hydrogen-Batterien
zu speichern. Heute werden Nickel-Hydrogen vorwiegend für Satellitenapplikationen
verwendet. Nickel-Hydrogen-Batterien sind voluminös, verlangen ein Hochdruckstahlgehäuse
und kosten Tausende von Dollars pro Zelle.
In der frühen Phase der
Experimente mit Nickel-Metallhydrid, war die Metallhydridlegierung in der Zellenumgebung
unstabil, und die gewünschten Leistungseigenschaften konnten nicht erreicht
werden. Das Resultat davon war, dass die Entwicklung von Nickel-Metallhydrid-Batterien
stark gebremst wurde. Neue Hydridlegierungen wurden in den 80ern entwickelt, welche
stabil genug waren für eine Verwendung in einer Zelle. Ab diesem Moment ging
es mit der Nickel-Metallhydrid-Batterie stetig voran.
Der Erfolg der Nickel-Metallhydrid
wurde gesichert durch die hohe Energiedichte und die Verwendung von umweltfreundlichem
Metall. Die moderne Nickel-Metallhydrid bietet bis zu 40% mehr Energiedichte als
vergleichsmässig eine Nickel-Kadmium. Dies ist ein Potenzial für noch
höhere Kapazitäten, aber nicht ohne einige negative Nebeneffekte.
Nickel-Metallhydrid
ist weniger dauerhaft als Nickel-Kadmium. Laden/Entladen unter hoher Belastung
und Lagerung bei hohen Temperaturen reduzieren die Lebenserwartung. Nickel-Metallhydrid
leidet unter hoher Selbstentladung, die grösser ist als bei Nickel-Kadmium.
Nickel-Metallhydrid
ist im Begriff die Nickel-Kadmium zu verdrängen, z.B. im Markt der mobilen
Telephonie und bei tragbaren Computern. Experten sind sich einig, dass Nickel-Metallhydrid-Batterien
in den letzten Jahren grosse Fortschritte gemacht haben, aber gewisse Grenzen
bleiben bestehen. Manche der Unzulänglichkeiten sind mit der auf Nickel basierenden
Technologie zu begründen und werden mit Nickel-Kadmium geteilt. Es wird allgemein
angenommen, dass Nickel-Metallhydrid ein Zwischenschritt ist zur auf Lithium basierenden
Batterie-Technologie.
Nachfolgend eine Zusammenfassung von Vorteilen und
Grenzen von Nickel-Metallhydrid-Batterien.
Vorteile
- 30 bis
40% höhere Kapazität als die Standard-Nickel-Kadmium-Batterie --- Nickel-Metallhydrid
hat das Potenzial für noch höhere Kapazitäten.
- Weniger Tendenz
zu Memory als Nickel-Kadmium --- müssen weniger oft gewartet werden.
-
Einfache Lagerung und Transport --- Transporte sind keinen speziellen Kontrollen
unterworfen.
- Umweltfreundlich --- enthält nur schwache Gifte, günstig
für die Entsorgung
Grenzen
-
Begrenzte Lebensdauer --- die Leistungsfähigkeit beginnt abzunehmen nach
200 bis 300 Zyklen, wenn wiederholt stark entladen wurde.
- Begrenzter Entladestrom
--- auch wenn Nickel-Metallhydrid geeignet ist, einen hohen Strom abzugeben; starke
Entladung reduziert die Lebenserwartung der Batterie.
- Komplexere Ladealgorithmen
sind nötig --- Nickel-Metallhydrid produziert mehr Wärme während
der Ladung und benötigt eine etwas längere Ladezeit als Nickel-Kadmium.
die Schwebeladungs-Einstellungen sind kritisch, weil die Batterie keine Überladung
absorbieren kann.
- Hohe Selbstentladung --- typischerweise 50% höher
als bei Nickel-Kadmium. Neue chemische Zusätze haben die Selbstentladung
etwas verkleinert, aber auf Kosten von tieferen Energiedichten.
- Die Leistungsfähigkeit
wird verschlechtert bei Lagerung unter hohen Temperaturen. --- Nickel-Metallhydrid
sollte an einem kühlen Ort gelagert werden und bei ca. 40%-Ladezustand
-
Hohe Wartung --- Nickel-Metallhydrid benötigt regelmässige komplette
Entladung, um die Formierung von Kristallen zu verhindern. Nickel-Kadmium sollte
einmal pro Monat gewartet werden, Nickel-Metallhydrid einmal alle 3 Monate.
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Created: April 2003, Last edited: July 2003
Über den Autor
Isidor Buchmann ist der Gründer und
Geschäftsführer von Cadex Electronics Inc., in Vancouver BC. Herr Buchmann
hat fundierte Basiskenntnisse in der drahtlosen Kommunikation und studierte über
zwei Jahrzehnte hinweg das praktische Verhalten von wiederaufladbaren Batterien
und ihre täglichen Verwendungen. Als Autor gewann er Auszeichnungen für
viele Artikel und Bücher über Batterien. Herr Buchmann's technische
Ausführungen gingen rund um die Welt.
Cadex Electronics ist Hersteller
von fortschrittlichen Batterieladegeräten, Batterieanalysern und PC-Software.
Für Produktinformationen besuchen Sie bitte www.cadex.com.
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