Akkuarten – Welche Typen gibt es?

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

Diese Arten von Akkus gibt es

• Nickel-Cadmium-Akku
• Nickel-Eisen-Akku
• Nickel-Metallhydrid-Akku

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.

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-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.

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.

Nickel Akkus

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.

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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