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Nickel Metallhydrit-Akkus

In Europa ist der Nickel Metallhydrit-Akku auf dem besten Wege den NiCad-Akku vollständig vom Markt zu verdrängen. Die umweltfreundlicheren NiMH-Zellen sind deutlich leistungsfähiger und bleiben im entladenen Zustand auch längere Zeit stabil.

Die Nennspannung für NiMH-Akkus beträgt 1,2 Volt und hat bei einer typischen Energiedichte bis ca 80 Wh/kg bei gleicher Größe eine etwa 40% höhere Kapazität als NiCad-Akkus. Eine geringer Innenwiderstand der Zellen sorgt dafür das hohe Ströme fast ohne Spannungseinbrüche abgegeben werden können, die maximale Leistungsentnahme ist jedoch geringer als bei NiCad-Akkus.

Die Lebensdauer einer NiMH-Zelle liegt bei 2 bis 5 Jahren und 300 bis maximal 1000 Ladezyklen.

Aufbau einer NiMH-Zelle

NiMH-Zellen bestehen aus 3 Lagen: Als äußere Lage sorgt eine Lochfolie als Trägermaterial für die gleichmäßige Verteilung des Metallhydrit-Pulvers, das die negative Elektrode bildet. Als Zwischenlage wird ein offenporig geschäumtes Kunststoffmaterial verwendet, das wie ein Schwamm auch den Elektrolyten aufnimmt. Dieser Separator sorgt dafür, daß sich das Material der beiden Elektroden nicht direkt berührt und kurzschließt. Die innere Elektrode bildet ein Blech aus Nickeloxid-Hydrat.

Die drei Materialien werden als Folie oder Blech ausgeführt und zu einem Zylinder aufgewickelt. Der Minuspol (Lochfolie mit Metallhydrid-Pilver) bildet dabei die äußere Schicht, das Blech der positiven Elektrode wird an den Pluspol der Zelle angeschlossen. Je nach Zellengröße entstehen so Zellen mit unterschiedlich großen aktiven Flächen.

Die Anode einer NiMH-Zelle besteht aus einem Metallhydrit, das reversibel Wasserstoff speichern kann. Als Metall wird hier zum Beispiel eine Legierung aus Lanthan, Neodym, Nickel, Cobalt und Silizium verwendet. Der Elektrolyt enthält 20%ige Kalilauge mit einem pH-Wert von 14. Nickelhydroxid bildet die Kathode.

Beim Entladen wird der Wasserstoff oxidiert. Die dadurch entstehenden H+ Ionen (Wasserstoffionen) reagieren mit den OH-Ionen der Kalilauge zu Wasser. Das Redox-Potential bei pH 14 beträgt ca. 0,83 V. An der Kathode wird Nickel von Ni(III)O(OH) zu Ni(II)(OH)2 reduziert. Die Redox-Spannung beträgt ca. 0,49 V. Die Gesamtspannung der Summen-Reaktion und damit die Leerlauf-Spannung einer NiMH-Zelle beträgt 1,32 V.

Problem Tiefentladung

Die Zellen sollten nicht unter eine Spannung von 1,0 Volt entladen werden. Eine schleichende Tiefentladung schadet diesem Akkutyp deutlich mehr als vergleichbaren NiCad-Akkus. NiMH-Akkus sollten daher nicht in Geräten eingesetzt werden die mit geringer Leistungsaufnahme den Akku vollständig entladen können, wie z.B. Uhren oder elektronischen Thermometern.

Beim Entladen über die Kapazität der Zelle hinaus wird am negativen Pol Metall statt des Wasserstoffs im Metallhydrid-Pulver oxidiert. Um Beschädigungen zu vermeiden, erhält die negative Elektrode mehr Material als für die Kapazität der Zelle erforderlich wäre. Die geringere Größe der positiven Elektrode bestimmt damit die maximale Kapazität der Zelle.

Bei den meisten Saugrobotern wird der Akku im ausgeschalteten Zustand (Standby) für den Empfänger einer Infrarot-Fernbedienung oder für die Überwachung der Programmtasten verwendet. In diesem Fall kann ein NiMH-Akku durch Tiefentladen während der Lagerung beschädigt werden. Um ein Tiefentladen zu vermeiden, sollten Sie einen NIMH-Akku aus dem Saugroboter ausbauen, wenn er Roboter längere Zeit gelagert wird. Bei einigen Modellen kann der Akku mit einem mechanischen Stromschalter komplett abgeschaltet werden, hier ist ein Ausbau des Akkus nicht notwendig.

Selbstentladung von NiMH-Akkus

NiMH-Zellen entladen sich auch dann, wenn Sie nicht genutzt werden. Typischerweise verliert die Zelle bei 20 Grad Celsius Umgebungstemperatur pro Monat ca. 20% Ihrer Ladung. NiMH-Akkus werden am besten vor einer längeren Lagerzeit bis zur Restspannung von 1,0 Volt entladen. Die Selbstentladung endet wenn der Akku vollständig entladen ist.


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