Elektrische Elemente/ Akku/ Arten

Bleiakkumulator

Bild einer Autobatterie

Vorgänge im Inneren eines Bleiakkus

Bleiakkumulatoren sind galvanische Zellen, bei denen Bleielektroden von verdünnter Schwefelsäure ( $H_{2}SO_{4})$ umspült werden. Durch Lade- und Entladevorgänge wird das Blei in Bleioxyd und Bleisulfat ( $PbSO_{4}$ ) umgewandelt, vgl. Abbildung „Vorgänge im Bleiakkumulator“. Bleiakkumulatoren werden beispielsweise als Autobatterien verwendet. In Laufe der Zeit verwandelt sich ein Teil der Bleiplatten in „Bleischlamm“, der sich am Boden des Akkus ansammelt und die Kapazität des Akkus verringert. Nach einigen Jahren erreicht der Bleischlamm die Unterkante der Elektroden, und der Akku ist schlagartig kaputt.

Gegen Ende des Ladevorganges entsteht Knallgas (explosives Wasserstoff-Sauerstoff-Gemisch), was dazu führen kann, dass die Akkumulatorengehäuse platzen und die ätzende Schwefelsäure austritt. Um diesen Effekt zu vermeiden, hatten die Zellen früherer Autoakkus einen abschraubbaren Deckel mit Luftloch. Das vergaste Wasser musste regelmäßig mit destilliertem Wasser ersetzt werden. Die Verwendung einer Ladeelektronik, die den Ladestrom reduziert, ist empfehlenswert.

Dies führte zur Entwicklung besonderer wartungsfreier, geschlossener Bleiakumulatoren, welche mit Hilfe eines Katalysators das entstehende Knallgas zurück in Wasser für die Elektrolyse verwandeln.

wichtige Spannungswerte

Spannungswert	Volt pro Zelle (V/Zelle)
kleinste Entladungsspannung	1,8
Gasungsspannung	2,4
Ladeschlussspannung	2,65
größte Ladung	2,4

der Ladezustand

Der Ladezustand des Bleiakkumulators hängt von seiner Säuredichte ab, die mit einem Säureprüfer gemessen werden kann. Dazu wird mit einem Gummiball die Säure in ein Glasröhrchen gesaugt. An einem Schwimmer kann die Säuredichte abgelesen werden.

Ladezustand	Säuredichte in Gramm pro Kubikzentimeter (g/ $cm^{3}$ )
geladen	1,28
halb geladen	1,20
entladen	1,12

Nickel-Cadmium-Akkumulator

NiCd Akku

Bei diesen NiCd-Akkus handelt es sich um einen relativ alten Typ. Diese Technologie ist vergleichsweise wenig leistungsfähig. Ein relativ starker Memory-Effekt ist vorhanden. Das Cadmium macht diese Akkus gefährlich für die Umwelt.

Der Memory-Effekt von NiCd-Akkus

Wenn der Akku aufgeladen wird, bevor er leer ist, „merkt er sich“, wie viel Strom verbraucht worden ist. Mehr wird dann auch zukünftig nicht aufgeladen. Dieser Effekt kann sich fortsetzen. Der Akku wird dadurch immer früher leer. Man sollte also diesen Akkutypen immer erst völlig bis zu Entladeschlußspannung von 0,9 V entladen, bevor das Ladegerät angeschlossen wird.

Vor der ersten Benutzung wird empfohlen, den Akku dreimal nacheinander vollständig zu entladen und vollständig aufzuladen. Dasselbe kann als "Refresh" von Zeit zu Zeit wiederholt werden. Damit kann man die frühere Kapazität weitgehend wiederherstellen.

Nickel-Metallhydrid-Akku

NiMH Akku

Sie sind eine Weiterentwicklung der NiCd-Akkus und kamen 1992 auf den Markt. Sie sind deutlich haltbarer und leistungsfähiger als NiCd und weniger schädlich für die Umwelt. Der Memory-Effekt ist schwächer als bei den NiCd-Akkus. Beim Laden sind sie hitzeempfindlich. Nähert sich die Temperatur dem Gefrierpunkt, tritt drastischer Leistungsverlust ein. Bei höheren Temperaturen steigt die Selbstentladung stark.

Der Lazy-Batterie-Effekt von NiMH-Akkus

NiMH Akkus haben einen ähnlichen Effekt wie der Memory-Effekt bei NiCd Akkus, dieser wird Lazy-Batterie-Effekt genannt, ist aber nicht so schlimm ausgeprägt wie der Memory Effekt bei einem NiCd Akku. Bei NiMH Akkus genügt es, nur jeden 10. Ladyzyklen den Akku einmal bis zur Entladeschlußspannung zu entladen und danach vollzuladen, d. h. NiMH Akkus dürfen auch im halbentladenen Zustand ohne vorherige Entladung vollgeladen werden, solange man ab und zu den Akku vollständig bis zur Entladeschlußspannung entlädt und wieder voll lädt.

Auf ein ständiges Entladen bei jedem Ladezyklus sollte man deswegen verzichten, weil NiMH Akkus deutlich weniger Ladezyklen verkraften als NiCd Akkus. D.h. ein ständiges Entladen vor dem Aufladen kann auch den NiMH Akku schädigen.

Lagerung von NiCd und NiMH Akkus

NiCd und NiMH Akkus sollten bei längerer Nichtbenutzung mit einer Kapazität von ca. 40 % und Temperaturen zwischen 5° und 15 ° C gelagert werden, weil diese Akkus im vollgeladenen Zustand schneller altern. Aufgrund der hohen Selbstentladung von NiMH Akkus und Zerstörung der Akkus, falls die Entladeschlußspannung unter 1 V fällt, sollte man aber dennoch diese Akkus alle 3-6 Monate wieder aufladen und für die weitere Lagerung dann wieder bis zur Langzeitlagerkapazität von 40 % wieder entladen.

RAM Zellen

RAM Zellen (Rechargable Alkaline Mangan) sind eine Sonderform der normalen Alkaline Mangan Batterien und können bis zu 25 mal wiederaufgeladen werden. Da sie aber mit jedem Ladevorgang stärker zersetzt werden zählt man sie eigentlich nicht zu den Akkus, sondern zu den Primärzellen. Hier werden sie aber dennoch der Vollständigkeit aufgezählt.

Pflege von RAM Zellen

RAM Zellen dürfen nur in speziell dafür geeignete Ladegeräte geladen werden, da bei normalen Ladegeräten die RAM Zelle auslaufen und das Ladegerät beschädigen kann. Auch ist es wichtig, bei RAM Zellen eine vollständige Entladung zu vermeiden, da sich dadurch die Wiederaufladbarkeit drastisch reduziert und ab einer gewissen Spannung diese Batterien gar nicht mehr geladen werden können. Daher ist es für eine gute Pflege wichtig, die Akkus nach Gebrauch sofort wieder voll zu laden und das auch dann, wenn die RAM Zellen noch bis zu 90 % ihrer Kapazität geladen sind. Dies verlängert die Lebenszeit der RAM Zelle deutlich. Zur Langzeitlagerung sollten RAM Zellen immer im vollgeladenen Zustand gelagert werden.

Lithium-Ionen-Akku

Li-Ion Akkus sind viel ergiebiger (und leichter) als ihre Vorgänger und leiden nicht unter dem Memory-Effekt. Ein spezielles Ladegerät wird benötigt. Bei Temperaturen von 5 bis 30 Grad einsetzbar.

Lithium-Polymer-Akku

Sie sind eine leistungsstärkere Weiterentwicklung der Li-Ion-Akkus mit dafür einer etwas höheren Selbstentladung und der gegenwärtige Stand der Technik. Sie sind teurer als Li-Ion-Akkus. Ein spezielles Ladegerät wird benötigt.

Nickel-Eisen-Akku

WEITERLEITUNG[[1]]== Zebra-Batterie ==

Eine Natrium-Nickelchlorid-Zelle, auch als ZEBRA-Batterie (englisch Zero Emission Battery Research Activities) bezeichnet, ist ein wiederaufladbarer Akkumulator, eine sogenannte Sekundärzelle. Sie zählt zu den Thermalbatterien. Statt eines flüssigen Elektrolyten werden ein fester Elektrolyt und eine Kombination aus flüssigen und festen Elektroden verwendet. Der Akkumulator wurde in Elektrofahrzeugen wie Elektroautos, Hybridbussen und in Elektrobussen eingebaut. Heute wird er z. B. in Batterie-Speicherkraftwerken und im Bereich der Rüstungsindustrie verwendet.

Vergleich

Typ	Memory- effekt	Eigenschaften	Bevorzugte Verwendung
Blei	nein	Nur stehend verwenden. Schwer. Bei Frost verwendbar.	Fahrzeuge, Notstromversorgung
NiCd	stark	Hohe Kurzzeitbelastbarkeit. Geeignet für tiefe Temperaturen.	Akku-Werkzeug
NiMH	gering	Halten länger durch als NiCd. Bestes Preis-Leistungs-Verhältnis	Haushalts- und elektronische Geräte
Li-Ion	nein	Hohe Leistung, geringe Ladezeiten	Elektronische Geräte (Mobiltelefone, MP3-Spieler etc.)
Li-Poly	nein	Bestes Energie/Gewichtsverhältnis. Flexible Bauformen	Elektronische Geräte mit hohem oder langdauenden Energiebedarf (Mobiltelefone, MP3-Spieler etc.)

Links

Computerhardware: Notebook: Stromversorgung#Lebensdauer von Akkus