Akkus unterstützen uns in vielen verschiedenen Bereichen unseres Lebens. Sie sorgen dafür, dass wir im Park Musik hören können, dass unser Smartphone funktioniert und dass wir die Spielkonsole per Funk bedienen können. Allerdings ist Akku nicht gleich Akku. Es gibt eine Vielzahl unterschiedlicher Varianten, die sich für jeweils andere Einsatzgebiete besonders gut eignen. Dieser Ratgeber beschäftigt sich mit den unterschiedlichen Akkuarten und welche Eigenschaften diese mit sich bringen.

Übrigens wenn du mehr über die Vor- und Nachteile von Akkus und Batterien wissen willst lies unseren Ratgeber Akku vs. Batterie – was ist besser?

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Diese Arten von Akkus gibt es



Verschiedene Akkuarten und wofür sie gebraucht werden

Mobilität ist ein wesentlicher Faktor in unserem Leben. Sie beeinflusst unsere Art zu arbeiten ebenso wie unsere Kommunikationsformen. Menschen kommunizieren nicht wie früher am heimischen Telefon, sondern nutzen Smartphones, um immer und überall mit anderen Menschen in Kontakt treten zu können. Eine solche Mobilität setzt aber voraus, dass unterwegs genügend Strom für die Nutzung der technischen Anwendungen und Geräte zur Verfügung steht. Hier kommen Akkumulatoren (Akkus) ins Spiel. Diese wandeln elektrische Energie in chemische Energie um und speichern sie ab.

Bei der Entladung läuft dieser Prozess umgekehrt ab. Mobile Endgeräte greifen dann auf die Akkus zu und holen sich dort die Energie die sie brauchen. Allerdings ist Akku nicht gleich Akku. Es gibt eine große Zahl von Akkumulatoren, die sich unter anderem in ihrer Bauweise, ihrer Energiemenge, ihrer Langlebigkeit und in ihrer Umweltverträglichkeit unterscheiden. So sind zum Beispiel in Smartphones und MP3-Playern vor allem kleine, kompakte Akkus gefragt. Die Nutzerinnen und Nutzer tragen solche Geräte häufig mit sich herum, weswegen sie möglichst klein und leicht sein sollten. Anders sieht es zum Beispiel bei Batterien in Fahrzeugen aus.

So sind Akkus zum Beispiel in Solarfahrzeugen und Elektroautos verbaut. Im stationären Einsatz schadet es nichts, wenn die Akkus groß sind und über ein hohes Eigengewicht verfügen. Damit es für jeden Anwendungsbereich die passenden Modelle gibt, wurden mittlerweile zahlreiche unterschiedliche Akkutypen entwickelt. Bei der Auswahl passender Akkus ist deshalb zu klären, für welchen Einsatzzweck sie benötigt werden. Geht es um eine hohe Kapazität, um eine hohe Langlebigkeit oder um eine hohe Umweltverträglichkeit?

Sollen die Akkus regelmäßig im Einsatz sein oder werden sie zwischenzeitlich gelagert (mehr zur Lagerung von Akkus im Ratgeber Akku richtig lagern)? Wie groß und wie schwer dürfen die Modelle sein und welche Energie müssen sie liefern. Abhängig von den Antworten auf diese Fragen bieten sich jeweils andere Modelle an.

Blei-Akku – eine hohe Strombelastbarkeit erreichen

Blei-Akkus, die auch als Blei-Säure-Akkus bekannt sind, gehören zu den ältesten bekannten Akkus. Sie zeichnen sich durch eine hohe Belastbarkeit aus und kommen überall dort zum Einsatz, wo hohe Stromstärken gefragt sind. Im Unterschied zu vielen modernen Akkus sind sie jedoch nicht mobil, weswegen sie sich für viele alltägliche Anwendungsbereiche, in denen Akkus eine Rolle spielen, nicht eignen. Hinzu kommt, dass Blei und Schwefelsäure für die Umwelt eine große Belastung darstellen. Eine sachgerecht Entsorgung solcher Akkus ist daher recht aufwendig. Aus diesem Grund wurde lange nach möglichen Alternativen für Blei-Akkus gesucht.

Entsprechend kommen solche Akkumulatoren heutzutage nur noch in wenigen Einsatzgebieten wie zum Beispiel in Autos oder als Energiespeicher zum Einsatz. Bei Blei-Akkus befinden sich zwei Bleiplatten in einem säuredichten Behälter. Die eine Platte ist der positive Pluspol aus Bleioxid und die andere der negative Minuspol aus metallischem Blei. Die Platten sind vom Elektrolyt umgeben, was bei dieser Art von Akku Schwefelsäure ist. Üblicherweise sind mehrere ineinandergeschachtelte Bleiplatten in einem solchen Akku zu finden. Hierbei ist es wichtig, dass diese nicht miteinander in Kontakt kommen, weil sonst ein Kurzschluss auftritt. 


Blei und Schwefelsäure stellen für die Umwelt eine große Belastung dar.

Aus diesem Grund sind zusätzlich Separatoren in den Akku eingebaut, die eine Berührung der einzelnen Platten untereinander verhindern. Solche Akkus wandeln elektrische Energie durch chemische Prozesse in chemische Energie um und umgekehrt. Es gibt einige Sonderformen von Blei-Akkus, die mit einem etwas anderen Verfahren arbeiten. Dies sind zum Beispiel Blei-Gel-Akkus und Blei-Vlies-Akkus. Die Zellen eines solchen Akkus haben üblicherweise eine Nennspannung von 2 Volt. Dieser Wert variiert jedoch ein wenig, abhängig davon, wie stark der Akku aufgeladen ist. Die Langlebigkeit von Blei-Akkus hängt einerseits von der Qualität und andererseits von der Pflege ab (mehr über Akkupflege).

Preiswerte Varianten halten in der Regel lediglich 2-4 Jahre, wohingegen hochwertige Modelle durchaus 10 Jahre eingesetzt werden können. Hierfür ist aber wichtig, dass es zum Beispiel zu keiner Tiefentladung kommt, da hierdurch irreversible Schäden an den Blei-Akkus entstehen können. Für das Aufladen werden spezielle Ladegeräte benötigt. Was genau Tiefenentladung bedeutet und wie man sie verhindert erfährst du in unserem Ratgeber Tiefentladung – Was ist das?.


Lithium Akkus


Lithium-Ionen-Akku – leistungsstarke Energieträger

Lithium-Ionen-Akkus sind sehr moderne Energiespeicher, die vor allem durch ihre kompakte Bauweise überzeugen. Solche Akkumulatoren sind deutlich kleiner als die Varianten aus Blei und spielen daher in unserer Alltagswelt eine besonders wichtige Rolle. So sind solche Akkus in Smartphones ebenso zu finden wie in Laptops und Digitalkameras. Der gesamte Bereich der mobilen Digitalisierung ist ohne Lithium-Ionen-Akkus kaum vorstellbar. Denn die hohe Energiedichte können mobile Endgeräte und Wearables gut für ihre Arbeit nutzen. Ein Nachteil solcher Akkus ist jedoch, dass sie deutlich empfindlicher sind als andere Modelle.

Sie müssen sorgsam gepflegt werden, damit sie ihr volles Leistungspotenzial ausschöpfen können und eine möglichst hohe Lebenserwartung haben. In einer Lithium-Ionen-Zelle befinden sich zwei Elektroden. Die Positive besteht aus Lithium-Metalloxyd und die Negative aus Grafit. Zwischen den beiden Elektroden befindet sich ein sogenannter Separator. Dieser hat die Aufgabe, Berührungspunkte zwischen den beiden Elektroden und somit Kurzschlüsse zu verhindern. Die Energie wird beim Laden und Endladen von Lithium-Ionen übertragen. Diese haben eine so geringe Größe, dass sie den Separator mühelos durchdringen können.


Lithium-Ionen-Akkus müssen sorgsam gepflegt werden, damit sie ihr volles Leistungspotenzial ausschöpfen können und eine möglichst hohe Lebenserwartung behalten.


Allerdings ist die Reaktion zwischen Lithium und Wasser sehr stark. Deswegen muss bei solchen Akkus ein Elektrolyt gewählt werden, das komplett ohne Wasser auskommt. In der Regel wird hierfür ein brennbares Lösungsmittel verwendet. Aus diesem Grund ist der Umgang mit Lithium-Akkus nicht ganz ungefährlich. Wenn es nämlich zu einem Kurzschluss in dem Akku kommt, kann sich im schlimmsten Fall das Elektrolyt entzünden. Deswegen muss immer auf einen sachgerechten Umgang mit solchen Akkus Wert gelegt werden. Es gibt eine große Zahl ganz unterschiedlicher Lithium-Akkus.

Deswegen lässt sich nicht allumfassend sagen, welche Kapazität ein solcher Akku besitzt und welche Lebenserwartung er mitbringt. Erfahrungen zeigen jedoch, dass mit einem Lithium-Ionen-Akku durchschnittlich fünf Jahre problemlos gearbeitet werden kann. Allerdings kommt es in dieser Zeit zu gewissen Kapazitätsverlusten, weil es sich bei Akkus um Verschleißteile handelt. Grundsätzlich haben die Zellen solcher Akkus aber eine Nennspannung von 3,6 beziehungsweise 3,7 Volt. Deswegen können sie AA- und AAA-Batterien nicht ohne Weiteres ersetzen, da deren Spannung deutlich niedriger ist.

Da der Trend dahin geht, Geräte immer kleiner und kompakter zu machen, müssen auch die Lithium-Ionen-Akkus immer weiter entwickelt und kompakter gestaltet werden. Hierbei wurden aber in letzter Zeit nur kleine Schritte gemacht.

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Lithium-Eisen-Phosphat-Akku – die Lithium-Ionen-Akku
Alternative

Bei Lithium-Eisen-Phosphat-Akkus handelt es sich um eine Unterform der Lithium-Ionen-Akkus. Sie kommen vor allem dort zum Einsatz, wo eine mittlere Energiedichte (unter 3.000 W/kg) benötigt und eine hohe Belastbarkeit gefragt sind. Denn Lithium-Eisen-Phosphat-Akkus sind deutlich widerstandsfähiger als ihre Verwandten und haben eine deutlich höhere Lebenserwartung. So können solche Akkus mehr als 1.000 Mal wiederaufgeladen werden. Übrigens, in unserem Ratgeber erfährst du, wie man einen Akku richtig lädt. Ein beliebtes Einsatzgebiet sind zum Beispiel autonome Rasenmäher.

Diese benötigen lediglich ein bestimmtes Maß an Energie, um ihrer Arbeit nachzugehen, und sind regelmäßig ganz unterschiedlichen Witterungsbedingungen ausgesetzt. Aber auch im Bereich FTS (führerlose Transportsysteme) spielen Lithium-Eisen-Phosphat-Akkus zunehmend eine wichtige Rolle. Der Aufbau solcher Akkumulatoren ähnelt dem der Lithium-Ionen-Akkus, unterscheidet sich aber durch die verwendeten Komponenten. So kommt zum Beispiel statt einer Lithium-Metalloxyd-Elektrode (die zumeist aus Kobalt besteht) eine Lithium-Eisen-Phosphat-Elektrode zum Einsatz.


Der Aufbau von Lithium-Eisen-Phosphat-Akkus ähnelt dem der Lithium-Ionen-Akkus, unterscheidet sich aber durch die verwendeten Komponenten.


Hiervor leiten sich unter anderem die hohe Widerstandskraft und die Zyklenfestigkeit solcher Akkus. Durch die nicht zu hohe Energiedichte ist es bei solchen Modellen zudem unwahrscheinlich, dass es zu thermischem Durchbrennen kommt. Somit ist für eine hohe Langlebigkeit der Akkus gesorgt. Hinzu kommt das Lithium-Eisen-Phosphat-Akkus im Vergleich zu Varianten mit Kobalt eine bessere Umweltbilanz haben. Denn Kobalt ist recht selten und muss aus anderen Ländern importiert werden. Sowohl der Abbau als auch der Transport stellen eine nicht unerhebliche Umweltbelastung dar.

Die Zellspannung bei Lithium-Eisen-Phosphat-Akkus liegt zwischen einer Entladeschlussspannung von 3,6 Volt und einem Überladeschutz ab 3,8 Volt und ist somit sehr eng gefasst. Hinzu kommt, dass es mit Rundzellen und Flachzellen lediglich zwei gängige Bauformen bei solchen Akkus gibt. Hierdurch sind die möglichen Einsatzgebiete eingeschränkt. Von Vorteil ist, dass Lithium-Eisen-Phosphat-Akkus hohe Ladeströme ermöglichen und einen hohen elektrischen Wirkungsgrad bieten. Zudem sind sie wegen ihrer großen Sicherheit beliebt. Allerdings sind bei solchen Akkus Schutzschaltungen notwendig, um Überladungen und Tiefentladungen zu verhindern.

Außerdem ist zu bedenken, dass dieser Akku-Typ im direkten Vergleich mit anderen Energieträgern recht teuer ist.

Lithium-Polymer-Akku – die neueste Generation von Lithium-Akkus

Bei Lithium-Polymer-Akkus handelt es sich ebenfalls um eine spezielle Form der Lithium-Ionen-Akkus. Sie zeichnen sich durch eine sehr kompakte Bauweise und ein geringes Eigengewicht aus. Sie wären somit ideale Komponenten für mobile Endgeräte und Wearables. Allerdings sind solche Akkus recht temperaturempfindlich, weswegen in solchen Geräten tendenziell eher Lithium-Ionen-Akkus zu finden sind. Allerdings greifen einige Hersteller verstärkt zu Lithium-Polymer-Akkus, weil diese in der Herstellung sehr günstig sind. Wer sich beim Kauf also für Schnäppchen und Sonderangebote interessiert, bekommt mit seinem Gerät häufig einen solchen Akku.

Weitere Einsatzgebiete von Lithium-Polymer-Akkus sind zum Beispiel Solarfahrzeuge und Elektroautos. Der Aufbau und die Funktionsweise von Lithium-Polymer-Akkus entsprechen dem von Lithium-Ionen-Akkus. Dennoch gibt es einige feine Unterschiede. So arbeiten solche Akkus nicht mit einem flüssigen Elektrolyt, sondern mit einer festen beziehungsweise gelartigen Folie. Durch dieses Vorgehen ist es bei solchen Modellen nicht nötig, mit einem festen Gehäuse zu arbeiten. Das erleichtert den Bau und die Handhabung enorm. Ein weiterer Unterschied besteht in der geringeren Energiedichte von Lithium-Polymer-Akkus. Das hat zur Folge, dass solche Akkus recht häufig geladen werden müssen.

Allerdings können sie stufenweise aufgeladen werden, da der Memory-Effekt bei ihnen quasi nicht mehr greift. Hier Alles zum Memory-Effect. Lithium-Polymer-Akkus mit einer Nennspannung von 3,6 Volt sind gängig. Deswegen eignen sich solche Modelle vor allem dann, wenn für einen kurzen Zeitraum eine bestimmte, recht kräftige Energiemenge benötigt wird. Für den langfristigen Einsatz sind sie hingegen eher nicht geeignet. Das liegt zum einen daran, dass dieser Akku-Typ relativ häufig aufgeladen werden muss. Zum anderen ist die Empfindlichkeit solcher Akkus ein Nachteil. Sie reagieren empfindlich auf Hitze und Kälte und können daher nur in bestimmten Einsatzgebieten genutzt werden.

Außerdem muss auf flache Ladetechniken gesetzt werden, um sowohl Tiefentladungen als auch Überladungen zu vermeiden. Beides schädigt Lithium-Polymer-Akkus nämlich massiv.


Nickel Akkus


Nickel-Cadmium-Akku – der Klassiker unter den Akkumulatoren

Nickel-Cadmium-Akkus zählen zu den Urgesteinen der Akkumulatoren und waren früher in nahezu jedem technischen Gerät zu finden. Das lag unter anderem an ihrer Robustheit und Widerstandskraft. Einen Ruf haben sich Nickel-Cadmium-Akkus durch den sogenannten Memory-Effekt gemacht, der erstmals offiziell bei solchen Akkus diagnostiziert wurde. Hierbei zeigt sich, dass sich solche Akkus die Spannung „merken“ bis zu der sie aufgeladen beziehungsweise entladen werden. Bei einer falschen Ladetechnik sinkt also die Kapazität solcher Akkus spürbar ab. Wie man die Akku-Kapazität misst, erfährst du in unserem Ratgeber zum Thema Akku-Kapazität messen.

Dieses Phänomen hat lange Zeit das Nutzerverhalten geprägt und bis heute sorgen sich viele Menschen beim Laden um den Memory-Effekt. Dass dieser bei den modernen Lithium-Ionen-Akkus quasi keine Rolle mehr spielt und auch bei modernen Nickel-Cadmium-Akkus kaum noch ausgeprägt ist, hat sich hingegen bisher noch nicht herumgesprochen. Der Aufbau von Nickel-Cadmium-Akkus unterscheidet sich deutlich von dem anderer Akkus. Die Elektroden sind aus mehreren Platten zusammengesetzt, wobei der Minuspol mit Cadmium und der Pluspol mit Nickel versehen ist. Beim Elektrolyt solcher Akkus handelt es sich um flüssiges Kalium.


Der Aufbau von Nickel-Cadmium-Akkus unterscheidet sich deutlich von dem anderer Akkus.


Zudem ist zwischen zwei unterschiedlichen Bauweisen von Nickel-Cadmium-Akkus zu unterscheiden: dem offenen und dem geschlossenen System. Geschlossene Zellen waren vor allem in handelsüblichen Batterien zu finden und erlaubten somit einen mobilen Einsatz. Offene Systeme spielten hingegen bei stationären Anwendungen eine Rolle. Heutzutage sind Nickel-Cadmium-Akkus quasi nicht mehr im Einsatz. Das liegt daran, dass der Gesetzgeber aus ökologischen Erwägungen heraus solche Akkumulatoren verboten hat. Grund hierfür war vor allem das Cadmium, das für die Umwelt sehr schädlich ist.

Hinzu kommt, dass die Gefahr einer Entsorgung solcher Akkus im Hausmüll zu groß ist. Eine sachgerechte Entsorgung von Batterien findet immer noch zu wenig statt. Mehr zum Entsorgen von Akkus hier. Eine solche spielt aber gerade bei Nickel-Cadmium-Akkus eine entscheidende Rolle. In alten Geräten sind solche Akkus hingegen nach wie vor anzutreffen. Hier liefern sie eine Spannung von 1,2-1,4 Volt. Daher eignen sie sich vor allem für Einsatzzwecke mit einem nicht so hohen Energiebedarf.

Nickel-Eisen-Akku – weniger Gift als bei Nickel-Cadmium-Akkus

Nickel-Eisen-Akkus sind eine Weiterentwicklung der Nickel-Cadmium-Akkus. Ihr Vorteil ist, dass sie auf das giftige Cadmium verzichten und somit in Deutschland verkauft werden dürfen. Außerdem sind sie deshalb deutlich umweltverträglicher als die Nickel-Cadmium Varianten. Eine weitere Stärke solcher Akkus ist ihre hohe Langlebigkeit. Selbst unter intensiver Beanspruchung halten sie durchschnittlich acht Jahre aus. Bei einer geringen Beanspruchung und guter Pflege ist es sogar möglich, solche Akkus 25 Jahre lang zu verwenden. Das entspricht ungefähr 3.000-4.000 Ladezyklen.

Typische Einsatzgebiete sind etwa Kraft- und Bahnfahrzeuge, aber auch für USV-Systeme (unterbrechungsfreie Stromversorgung) sind solche Akkus unverzichtbar. Der Aufbau von Nickel-Eisen-Akkus ist mit dem von Nickel-Cadmium-Akkus zu vergleichen. Allerdings kommt hier das giftige Cadmium nicht vor. Als Elektrolyt wird ebenfalls Kalilauge verwendet. Beim Einsatz ist entscheidend, dass ein Luftabschluss erreicht wird, um den Akku vor Kohlendioxid zu schützen. Das wird in der Regel mittels einer Ölschicht auf den Elektroden erreicht, aber auch Überdruckventile kommen zum Einsatz.

Früher wurden für solche Akkus-Bleibehälter verwendet, weswegen sie den Blei-Säure-Akkus teilweise ähneln. Häute ist Kunststoff das Material der Wahl, wodurch die Akkus deutlich leichter und flexibler einsetzbar sind. Nickel-Eisen-Akkus haben eine recht geringe Energiedichte und eine Spannung von etwa 1,3 Volt. Sie eignen sich daher nur für ganz bestimmte Einsatzgebiete. Besonders lohnenswert sind hingegen die hohe Langlebigkeit und die Widerstandsfähigkeit der Akkus. Dadurch, dass sie über viele Jahre und teilweise Jahrzehnte zuverlässig arbeiten, sind sie zudem sehr preiswert. In der Anschaffung muss zwar einiges investiert werden, das hat sich aber schon nach kurzer Zeit amortisiert.

Nickel-Metallhydrid-Akku – ein weiterer Schritt weg von Nickel-Cadmium-Akkus

Da die Gefahr durch das in Nickel-Cadmium-Akkus enthaltene Cadmium früh erkannt wurde, machte man sich bald auf die Suche nach geeigneten Alternativen. Fündig wurden die Forscherinnen und Forscher bei den Nickel-Metallhydrid-Akkus. Diese arbeiten statt mit Cadmium mit einer Metalllegierung. Auf diese Weise erreichen solche Akkus einerseits eine deutlich höhere Energiedichte als andere Modelle und sind gleichzeitig kaum noch anfällig für den Memory-Effekt. Allerdings tritt bei solchen Varianten gelegentlich der Lazy-Battery-Effect auf, der auch als Batterieträgheitseffekt bekannt ist.

Dieser besagt, dass die Spannung von Akkus ein wenig absinkt, wenn diese häufig nur teilentladen werden. Der Spannungsverlust ist jedoch sehr gering und kann leicht wieder ausgeglichen werden. Der Aufbau von Nickel-Metallhydrid-Akkus zeichnet sich durch einige Besonderheiten aus. So befindet sich zum Beispiel die Metalllegierung, die für die negative Elektrode genutzt wird, auf einer Lochfolie. Als positive Elektrode kommt hingegen ein Blech aus Nickel zum Einsatz. Zwischen den beiden Elektroden befindet sich ein Separator, der verhindert, dass diese beiden miteinander in Kontakt kommen.


Bei Nickel-Metallhydrid-Akkus tritt gelegentlich der Lazy-Battery-Effect auf, der auch als Batterieträgheitseffekt bekannt ist.


Ansonsten können nämlich Kurzschlüsse auftreten. Als Elektrolyt findet bei solchen Akkus eine 20%ige Kalilauge Verwendung. Insgesamt haben solche Akkus ein recht geringes Eigengewicht und können somit leicht transportiert und mitgeführt werden. Nickel-Metallhydrid-Akkus kommen in vielfältigen Bereichen zum Einsatz. Sie eignen sich zum Beispiel für elektronisches Kinderspielzeug, aber auch in elektrischen Zahnbürsten, in LED-Leuchten und in GPS-Geräten sind sie immer wieder zu finden. Im Einsatz muss die Selbstentladungsrate solcher Akkus berücksichtigt werden.

Diese liegt am ersten Tag bei 5%-10% und danach bei etwa einem halben Prozent am Tag. Bei der Lagerung muss darauf geachtet werden, dass die Akkus nicht ganz entladen sind, da die Selbstentladung ansonsten zu einer Tiefentladung führen kann.

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