Nickel-Eisen-Akkumulator

Der Nickel-Eisen-Akkumulator, auch Edison-Akkumulator^[1], ist verwandt mit dem Nickel-Cadmium-Akkumulator, allerdings wird statt des giftigen Cadmiums Eisen verwendet.

Beim Laden überzieht sich die Nickelelektrode mit einem schwarzen Oxidbelag, der beim Entladen wieder verschwindet. Nach dem Aufladen ist zwischen den Elektroden eine Spannung von typisch etwa 1,3 Volt messbar, also etwas niedriger als die Ladeschlussspannung des NiCd-Systems von 1,4 V.

Reaktion / Aufbau

Am Eisen–Nickel–Akkumulator laufen folgende Reaktionen ab:

Laden

2 Ni(OH)₂ + 2 OH^– → 2 NiO(OH) + 2 H₂O + 2 e^–

Fe(OH)₂ + 2 e^– → Fe + 2 OH^–

Beim Entladen erfolgen die umgekehrten Reaktionen.

Der Akkumulator ist mit 20%iger Kalilauge gefüllt. Ältere Bauformen benutzten ein Glasgefäß als Zellenkörper, der notwendige Luftabschluss (Schutz vor Kohlendioxid) erfolgte durch Bedecken des Elektrolyten mit einer dünnen Ölschicht. Die zweite Generation benutzte oft einen geschweißten Blechbehälter, modernere Formen ein Kunststoffgehäuse. Der Luftabschluss erfolgt hier durch ein eingeschraubtes Überdruckventil. Dieser wie auch die Schraubanschlüsse und die Verbindungslaschen bestehen oft aus vernickeltem Eisen.

Geschichte

Der Nickel-Eisen-Akkumulator (NiFe-Akku) wurde fast zeitgleich von dem bekannten amerikanischen Erfinder Thomas Edison und dem Schweden Waldemar Jungner entwickelt, der den Nickel-Eisen-Akkumulator wenig später zu dem auch heute noch verbreiteten Nickel-Cadmium-Akkumulator (NiCd-Akku) weiterentwickelte^[1]. Erste Patente für den NiFe-Akku wurden schon 1901 erteilt, die Serienreife dagegen erst 1908 erreicht. Ein jahrelanger Prioritätsstreit, auch was den aus dem NiFe-Akku hervorgegangenen NiCd-Akku (1909) angeht, folgte.

Der NiFe-Akku wurde zum Beispiel in Grubenlampen und in verschiedenen Autos eingesetzt. Es gab z. B. die Option, einen Detroit Electric mit NiFe-Akkus von Edison zu kaufen. Jay Leno besitzt einen Baker Electric, bei dem die Nickel-Eisen-Akkus nach fast 100 Jahren noch immer funktionsfähig sind.

Weitere Anwendungen waren die Stromversorgung der V2-Rakete, und nach dem Krieg der Antrieb elektrischer Gabelstapler. Teilweise sind NiFe-Akkus noch in physikalischen Labors und Schulen im Einsatz.

Aufgrund der extrem hohen Lebensdauer sind diese Akkus vor allem für USV-Systeme und in Bahnfahrzeugen gebräuchlich.

Der Nickel-Eisen-Akkumulator gilt als mechanisch und elektrisch unempfindlich. Insbesondere soll eine Schädigung durch Überladung oder Tiefentladung, wie von anderen Akkumulatoren bekannt, bei diesen Zellen unmöglich sein. Diese Eigenschaften haben zu einem gewissen Comeback der Technologie im Bereich der dezentralen Stromversorgung geführt: Einige Enthusiasten bevorzugen diesen Akkutyp beispielsweise an einer kleinen Windstromanlage, oder um ein Passivhaus unabhängig vom Stromnetz zu machen. (Quelle: s. Weblinks)

Anstehende Renaissance durch Graphen

Forscher in den USA haben eine Elektrode aus Nickelhydroxid-Partikeln auf Graphen entwickelt. Als passend dazu stellte sich die Eisenelektrode heraus und führte zur Wiederentdeckung des Nickel-Eisen-Akkumulator. Weder schnelles Auf-, Über- noch Tiefentladen führen zu Schäden.^[2]

Literatur

David Linden, Thomas B. Reddy (Hrsg.): Handbook of Batteries. 3. Auflage. McGraw-Hill, New York 2002, ISBN 0-07-135978-8.
Zirngiebl, Eberhard : Einführung in die angewandte Elektrochemie (v.a. Kapitel 6.1.1.), 1993 Frankfurt/Main, Otto Salle.
Kinzelbach, R.: Varta Fachbuchreihe Band 1, 1974 Hannover Varta.
Witte, Erich: Blei- und Stahl-Akkumulatoren, 1967 Mainz, Krausskopf.
Krämer, Günter: Nickel-Eisen-Batterie mit hoher Energiedichte, 1981, 163 Seiten.

Einzelnachweise

↑ ^1,0 ^1,1 Grimsehl: Lehrbuch der Physik, Bd.II, Leipzig 1954, S.217.
↑ Gäthke, Sönke: Wiederbelebter Klassiker - Edison-Batterie als Alternative zum Lithium-Ionen-Akku in dradio Forschung Aktuell vom 8. November 2012

Weblinks

BeUtilityFree: The Nickel-Iron Battery. A Lifetime Battery For Your Off-Grid System or On-Grid Backup (englisch)
Edison's Nickel-iron Battery (englisch)
US-Forscher verbessern Edisons Nickel-Eisen-Akku

Galvanische Zellen

[Grimsehl-1] 1,0 ^1,1 Grimsehl: Lehrbuch der Physik, Bd.II, Leipzig 1954, S.217.

[2] Gäthke, Sönke: Wiederbelebter Klassiker - Edison-Batterie als Alternative zum Lithium-Ionen-Akku in dradio Forschung Aktuell vom 8. November 2012

[1]

[2]