Die Begriffe Akk und Batterie werden synonym verwendet. Beide sind Stromspeicher. Akkus lassen sich jedoch mehrfach neu laden. Batterien dagegen müssen nach dem vollständigen Entladen recycelt werden. Der Begriff "Autobatterie" ist also eigentlich völlig falsch, da man sie viele Jahre immer wieder neu aufladen kann.
Blei-Säure Akku (z.B. Autobatterie)
Der Säurepegel bestimmt die Ladefähigkeit. Nur wenn der Pegel im Soll ist, kann dieser Akku die volle Kapazität aufnehmen und abgeben.
Der Akku muss regelmäßig gewartet werden, so dass der Flüssigkeitspegel immer auf Soll ist.
Beim Laden erhitzt sich die Säure und "kocht aus". Dabei entsteht hochexplosives Knallgas.
ZitatEine "Vollladung" ist die Kapazität, die ein Akku insgesamt aufnehmen kann. Dabei ist es unerheblich, ob die Ladung in einem oder in mehreren Teil-Vorgängen erfolgt. Die Haltbarkeit wird durch die Anzahl von Vollladezyklen bestimmt. Dabei wird davon ausgegangen, dass jede Woche eine Vollladung erfolgt
Ein Blei-Säure-Akku hat 300-500 Zyklen und damit eine durchschnittliche Haltbarkeit von 4-6 Jahren.
Blei-Gel Akku
Dieser Akku ist wartungsfrei und wird sowohl in motorisierten Zweirädern als Starterbatterie als auch in Rollstühlen und Gabelstaplern eingesetzt.
Mit 400-600 Ladezyklen erreicht er eine Lebensdauer von 5-8 Jahren
Nun geht es in die "Akku-Welt", die euch wohl mehr interessiert
NiCd = Nickel-Cadmium Akku
Diese Akkus wurden zuerst als Batterie-Ersatz in den ersten Handys verwendet. Extrem schwer und mit einem extremen Memory-Effekt, durfte man sie erst laden, wenn sie komplett leer waren. Unter diesen Bedingungen gibt es keine zuverlässige Aussage, wie viele Ladezyklen ein Akku durchhält.
In der Praxis mussten damals die Akkus nach ca. 1-2 Jahren ersetzt werden.
Moderne NiCd Akkus sollen angeblich kaum noch einen Memory-Effekt haben. Mit 800 - 1500 Ladezyklen können sie (bei guter Pflege) durchaus auch über 10 Jahre halten.
(Anmerkung: Ich persönlich zweifel es an, dass die modernen Versionen kaum noch einen Memory Effekt haben sollen)
NiMH = Nickel Metallhybrid Akku
Ohne das giftige Cadmium hergestellt, hat er die NiCd Akkus abgelöst. Weniger Gewicht und geringerer Memory Effekt, dafür aber mit einer geringeren Haltbarkeit. Mit seinen 350-500 Ladezyklen erreicht er nur noch um die 7 Jahre Haltbarkeit.
Li Ion = Lithium Ionen Akku
Ohne nennenswerten Memory-Effekt und mit nur geringer Selbstentladung ist er ideal für lange Lagerung. Soll er lange Zeit nicht genutzt werden, sollte er mit 40-60% geladen und bei um die 15 °C gelagert werden. Als grober Richtwert gilt, dass ein Li Ion-Akku nach ca. 2,5 Jahren 50% seiner Ladung verloren hat. Die Energiedichte liegt ca. 4x so hoch wie bei einem alten NiCd- und rund doppelt so hoch wie bei einem NiMH-Akku.
Ein optimal gewarteter Li Ion-Akku kann theoretisch >10.000 Ladezyklen erreichen und sollte damit Jahrzehnte halten können. Leider ist dieser Akku-Typ aber so empfindlich, dass diese Haltbarkeit in der Realität nicht erreicht wird.
Probleme von Li Ion-Akkus
- Schnellladungen mit hoher Ladeleistung verringern die Lebensdauer. Langsames Laden mit geringer Leistung sorgt für eine lange Nutzbarkeit
- Der Ideale Nutzungsbereich liegt bei einer Temperatur von +5°C bis +35°C. Höhere oder tiefere Temperaturen schädigen den Akku.
- Beim Laden und im Betrieb erwärmt sich der Akku. Wird er relativ schnell geladen und entladen, schränkt das seine Ladekapazität ein. Je öfter er in direkter Folge so geladen wird, desto stärker sinkt seine Leistungsaufnahme. Er kann also beim nächsten Laden in der gleichen Zeit nur weniger Energie aufnehmen als zuvor.
Gerade im Bereich Elektromobilität bleiben diese Nachteile oft unerwähnt oder unberücksichtigt.
Um diese Nachteile auszugleichen, müssten die Akkus sowohl beim Laden als auch bei höheren Umgebungstemperaturen gekühlt werden und bei tiefen Außentemperaturen müssten die Akkus beheizt werden. Das Beheizen und Kühlen erfordert jedoch Energie und wirkt sich damit direkt auf die Reichweite aus. Bislang gibt es kaum Fahrzeuge, bei denen die Akkus gekühlt oder beheizt werden, da eine möglichst hohe Reichweite vorrangig ist.
Auch das Schnellladungen würden sich verbieten. Die vorzeitige Zerstörung wird jedoch bewusst in Kauf genommen.
Unter Berücksichtung dieser Nachteile, geht man daher aktuell von nur noch von einer Nutzungszeit von rund 10 Jahren aus, nach denen die Akkus nicht mehr in Fahrzeugen eingesetzt werden können.
Lipo = Lithium Polymer Akku
Der Lipo-Akku ist eine Weiterentwicklung des Li Ion-Akkus. Ein ganz anderer Aufbau macht ihn flexibler, so dass er keine ganz bestimmte Bauform mehr haben muss. Die Nutzung entspricht in etwa der eines Li Ion-Akkus .
Während man anfangs noch davon ausging, dass ein Lipo-Akku 300-600 Ladezyklen aushält und somit 7-12 Jahre nutzbar ist, stellte sich jedoch später heraus, dass Lipo-Akkus einen Alterungseffekt unterliegen. Lipo-Akkus verlieren rund 3 Jahre nach Herstellungsdatum bereits so langsam ihre Eigenschaften.
Kauft man sich also ein Gerät mit einem Lipo, sollte man unbedingt auf das Herstellungsdatum achten.
LiFePO = Lithium Ferrum Phosphat Akku
Der LiFePO-Akku ist eine andere Entwicklung des Li Ion-Akkus. Eigentlich wurde dabei nur die Kathode aus Kobalt durch Eisen ersetzt. Dadurch hat der LiFePO keinen der Nachteile des Li Ion-Akkus.
Zudem hat er eine höhere Leistungsdichte und ist dadurch leichter. Er kann in nur rund 30 Minuten auf bis zu 95% geladen werden. Er kann nicht überhitzen oder explodieren.
Nachteilig ist die geringere Energiedichte, was den Akku dann zwangsweise größer werden lässt und dass er eine niedrigere Betriebsspannung hat. Unter +5°C verhält er sich dann wie alle anderen Akkus auch.
Eigentlich wäre dieser Akku fast ideal für die Elektrombilität. Dass er nicht zum Einsatz kommt, liegt wohl eher daran, dass Li Ion-Akkus weit verbreitet und schnell und günstig zu bekommen sind. Für LiFePO müssen erst einmal Produktionskapzitäten aufgebaut und Platz für den Einbau geschafft werden. Der Aufwand und die Kosten sind also erheblich höher.
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NiFe = Nickel Ferrum Akku / Nickel Eisen Akku
Dieser Akku ist ein "ganz besonderer Bruder". Er überhitzt nicht, kann auch Überladungen gut verkraften und ihm machen Tiefentladungen auch nichts aus, Es gibt ihn mit 1.000 Ah im Handel. Damit kann er > 300x mehr Energie speichern als ein typischer Smartphone-Akku (3000mA/3Ah).
Dieser Akku ist ein ganz alter Akku-Typ. Seine Haltbarkeit wird nicht mehr in Ladezyklen oder Jahren, sondern in Jahrzehnten angegeben. Die ältesten Akkus dieser Art sollen über 100 Jahre alt sein.
Wie alt diese Akku-Art ist, kann man auch an seinem anderen Namen erkennen. Er wird nämlich auch als "Edison Akku" bezeichnet, weil er durch Thomas Edison erfunden wurde.
Warum wird dieser sagenhafte Akku nicht überall eingesetzt ?
Der erste Nachteil ist, dass er relativ teuer ist. Die Anschaffung macht sich erst nach sehr vielen Jahren bezahlt.
Er hat eine relativ geringe Energiedichte. Diese Akkus müssen also verhältnismäßig groß sein, um die gleiche Energie wie ein moderner Akku speichern zu können. Ein 1.000 Ah-Akku wiegt rund 45 Kg.
Der größte Nachteil ist jedoch, dass er die Energie nicht lange speichern kann. In nur einem Monat verliert er 20-40% der gespeicherten Energie.
Solche Akkus werden überall dort eingesetzt, wo man für relativ kurze Zeit Energie "zwischenlagern" muss. Ideal für Netzbetreiber, um Überkapazitäten zu puffern oder für Solaranlagen, um die Energie für eine kurze Zeit zu puffern. Nach rund 15 Jahren hat sich die Anschaffung dann schon bezahlt gemacht.
Der Akku wir dann auch die nächste und noch viele weitere Solaranlagen überleben, ohne an Leistung zu verlieren.