Zink-Luft-Batterien für Hörgeräte - was sind sie, wie pflegt man sie, worin sind sie besser?

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Die Batterie ist mit einem Aufkleber bedeckt, dessen Entfernung die Batterie aktiviert. Der Aufkleber schützt vor dem Austrocknen der Batterie, und nach dessen Entfernung erfolgt eine schrittweise Entladung. Der Aufkleber bedeckt die Löcher, die den Luftstrom in das Innere der Batterie ermöglichen. Luft spielt eine wesentliche Rolle bei der Produktion von Molekülen an der Oberfläche der Kathode (poröse Membran im Inneren der Batterie). Die entstandenen Moleküle wandern in Form von Zinkgel/-pulver zur Anode. Infolge weiterer Reaktionen werden Elektronen freigesetzt, die bereits in Bewegung durch elektrische Energie sind. Der so erzeugte Strom kann das Gerät mit Energie versorgen.

A - Separator, B - Zinkgel/-pulver mit Elektrolyt, C - Anodenhülle, D - Isolator, E - Kathodenhülle, F - Löcher für Luft, G - Katalysator der Kathode, H - Luftverteilungsbeschichtung, I - halbdurchlässige Membran

Da die Luft aus der Umgebung entnommen wird, ist es möglich, die Größe der Batterie bei hoher Effizienz zu reduzieren. Hörapparate und Implantate erfordern relativ viel Energie (mehr als z.B. Uhren, die Batterien ähnlicher Größe verwenden), weshalb Zink-Luft-Batterien dort Anwendung gefunden haben. Wenn Sie an weiteren Aspekten der Elektrochemie interessiert sind, stehen wir Ihnen gerne zur Verfügung :)

Lebensdauer von Zink-Luft-Batterien für Hörapparate

Es gibt natürlich keine einfache Antwort auf die Frage, wie lange eine Zink-Luft-Batterie hält. Sicher ist jedoch, dass sie viel effizienter sind als Batterien, deren Kathode sich im Inneren eines "Knopfes" befindet (wo keine Luft ist), weshalb sie viel weniger Zink enthalten. Wie lange die Batterie funktioniert, hängt vor allem von der Art und Intensität ihrer Nutzung ab, auch vom Grad des Hörverlusts. Eine Erhöhung der Lautstärke erfordert den Verbrauch größerer Energiemengen. Auch die Größe der Batterie spielt eine Rolle. Große Batterien (Größe 675) werden länger halten als kleinere Batterien (Größe 10). In durchgeführten Studien wurden Lebensdauern für Batterien der Größe 10 von bis zu 10 Tagen erzielt. Für Batterien der Größe 312 waren es bis zu 12 Tage. Für Batterien der Größe 13 waren es bis zu 14 Tage. Für Batterien der Größe 675 waren es sogar bis zu 20 Tage (1). Die Batterien haben eine Kapazität von 90-105 mAh für die Größe 10 bis 650 mAh für die Größe 675 (siehe: Ersatzbatterietabelle).

Wichtig!

• Zink-Luft-Batterien sind empfindlich gegenüber den Bedingungen in der Umgebung. Ein Rückgang der Umgebungstemperatur wird die Lebensdauer der Batterie verkürzen. Dies sollten Personen beachten, die z.B. im Winter im Freien arbeiten.
• Ein Anstieg der Höhe über dem Meeresspiegel bedeutet auch einen Rückgang des Sauerstoffgehalts in der Luft. Daher kann Ihre Batterie in den Bergen kürzer halten.

Denken Sie auch daran:

• Nach dem Entfernen der Membran lassen Sie die Zink-Luft-Batterie frei belüften (warten Sie etwa eine Minute, bevor Sie sie in das Gerät einsetzen).
• Verwenden Sie beim Programmieren des Geräts frische und leistungsstarke Batterien, da in diesen Prozessen die meiste Energie verbraucht wird.
• Lagern Sie die Batterien bei Raumtemperatur.
• Lagern Sie die Batterien in der Originalverpackung. Lassen Sie sie nicht mit metallischen Gegenständen in Berührung kommen.
• Erlauben Sie nicht, dass Kinder mit den Batterien spielen.

Weitere Fakten zu Batterien für Hörapparate:

• Anode: pulverisiertes Zink
• Kathode: Sauerstoff (O2)
• Elektrolyt: Kaliumhydroxid (KOH)
• Anwendungen: Hörapparate, Pager, Elektrofahrzeuge

Zink-Luft-Batterien sind alkalische Batterien (aufgrund des verwendeten Elektrolyten). Dies ist ein sehr interessanter Batterietyp, selbst wenn wir die Frage nicht berücksichtigen, "wie können wir Luft als Elektrode verwenden?" (genauer gesagt, Sauerstoff wird durch ein Loch in der Batterie zur Kathode geleitet und an der Oberfläche des Kohlenstoffs reduziert).

Viele elektrochemische Systeme verwenden Metalloxid und Zink. Das Metalloxid wird reduziert, Zink oxidiert, es entsteht ein Potentialunterschied. Nach diesem Prinzip funktionierte der alte Batterietyp, der in Hörapparaten verwendet wurde - Batterien auf der Basis von Quecksilberoxid und Zink (Quecksilberbatterien sind derzeit aus dem Verkehr gezogen). Wenn wir das Metalloxid entfernen, könnten wir die Kapazität der Batterie verdoppeln - aber woher bekommen wir dann den Sauerstoff? Genau, aus der Luft!

Der Elektrolyt in Zink-Luft-Batterien ist eine 20-40% (Gewichtsverhältnis) alkalische Hydroxidlösung in Wasser. Ein Nachteil dieser Lösung ist, dass solche Hydroxide hygroskopisch sind - sie nehmen Wasser aus der Umgebung auf oder geben es ab, je nach Feuchtigkeit. Sowohl zu hohe als auch zu niedrige Feuchtigkeit wirken sich negativ auf die Lebensdauer der Batterie aus (hier sind selektive Membranen eine Lösung).

Da die Batterie "keine" Kathode hat (oder zumindest das Gewicht der Kathode nicht in der Masse der Batterie zählt), kann die Energiedichte pro Masseneinheit in Zink-Luft-Batterien hohe Werte erreichen - zwischen 400-500 Wh/kg (zum Vergleich - 99-123 Wh/kg für eine HgO-Kathode). Leider bleibt die Energiedichte pro Volumeneinheit gering.

Die Haltbarkeit von Zink-Kohle-Batterien, bevor sie der Luft ausgesetzt werden, beträgt etwa 4-5 Jahre. Nach der Aktivierung ist ihre Betriebsdauer nicht sehr lang, selbst wenn sie nicht verwendet werden. Aus diesen Gründen (und auch aufgrund der hohen Energiedichte pro Masseneinheit) werden Zink-Luft-Batterien zur Stromversorgung von Hörapparaten verwendet.

Eine interessante Tatsache für kleine Chemiker ;-) Wie man eine Zink-Luft-Batterie selbst herstellt (in Englisch). Denken Sie daran, Sicherheitsvorkehrungen zu treffen :):



(1) Rule, A., und Kouba, K. (2013, Dezember). Rayovac Hörapparat Batterien – wichtige Dinge, die Sie wissen sollten, um die Zufriedenheit der Patienten zu gewährleisten. AudiologyOnline, Artikel 12293.

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