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Akkumulatoren

Als AkkumulatorenAkkumulator (lat): von accumulare = anhäufen;
wird oft auch als Stromsammler bezeichnet.
bezeichnet man wiederverwendbare chemische Speicher für elektrische Energie. Weil sie wiederverwendbar sind, heißen sie Sekundärelemente. Elemente, die nicht wieder aufgeladen werden können und nach dem Entladen entsorgt werden, heißen Primärelemente.
Akkumulatoren werden überall dort verwendet, wo im Betrieb keine andere Energiequelle verfügbar ist. Sie werden aber auch als Notstromversorgung eingesetzt. Es gibt unterschiedliche Arten von Akkumulatoren

Bleiakkumulatoren

Bleiakkumulatoren sind weit verbreitet, weil sie relativ preisgünstig sind. Wegen des günstigen Preises finden sie vor Allem Verwendung als Starterbatterie in Kraftfahrzeugen mit Verbrennungsmotor, aber auch als Antriebsbatterie für einige Elektroautos.
Bei einem Bleiakku besteht die negative Polplatte aus reinem Blei (Pb) und die positive aus Bleidioxid (PbO2). Als Elektrolyt dient verdünnte Schwefelsäure (H2O + H2SO4).
Beim Laden wird Bleisulfat (PbSO4) in Bleidioxid (PbO2) reduziert, das sich am Pluspol ablagert und in Blei, das sich am Minuspol sammelt. Diese Reaktion wird beim Entladen umgekehrt, so dass sich an beiden Platten fein verteiltes Bleisulfat (PbSO4) ablagert.

Nickel-Cadmium-Akkumulatoren

Nickel-Cadmium-Akkus (NiCd) wurden bereits 1899 von Waldemar Jungner patentiert, angeregt von dem von Thomas Edison erfundenen Nickel-Eisen-Element, das sich nicht durchsetzen konnte. Diese Art von Akkus sind aber wegen des ausgeprägten Memory-EffektsWenn ein Nickel-Akku nur teilweise entladen wird, kristallisiert der Elektrolyt an der Anode, was in der Folge den Ladeprozess behindert.
Geschieht dies öfter, verliert die Zelle zunehmend an Kapazität, weil immer mehr Anodenfläche verdeckt wird. – Der Akku „erinnert” sich quasi an die Teilentladung und wird „faul”.
heute nicht mehr gebräuchlich; sie wurden von den pflegeleichteren Nickel-Metallhydrid-Akkus verdrängt und wegen des giftigen Cadmiums 2006 in der EU verboten.
NiCd-Akkus haben außerdem eine deutlich geringere Energiedichte als NiMH. Die ersten Akkus hatten anfangs Kapazitäten von nur 10 mAh/cm3. Eine Mignon-Zelle (14,5×50 mm) hatte demnach nur etwa 300 mAh und damit etwa ein Viertel einer herkömmlichen Zink-Kohle-Zelle (Zn-C). Dadurch waren sie als Alternative zu herkömmlichen Batterien anfangs noch eher uninteressant.
Erst gegen Ende der 1970er wuchsen die Kapazitäten auf bis zu 800 mAh an. Ein Problem aller Nickel-Akkumulatoren ist die vergleichsweise niedrigere Nennspannung von 1,2 Volt, die bei einer voll geladenen Zelle im Ruhezustand ca. 1,35 V beträgt, was für viele Batteriegeräte zu wenig ist. Bei einigen Geräten, die z.B. für 12 V ausgelegt waren, war Platz für 10 Zellen, wobei für den Betrieb mit Zn-CZn-C: Zink-Kohle-Batterien zwei Blindzellen mitgeliefert wurden (8×1,5 = 12).
Bei den damals verbreiteten CB-Handfunkgeräten war dies ein kleiner Vorteil, denn mit zehn Normalbatterien wurden 15 V erreicht, was zu einer höheren Sendeleistung und damit zu einer höheren Reichweite führte.

Nickel-Metallhydrid-Akkumulatoren

NiMH-Akkus haben etwa die gleichen Nenn- und Ruhespannungen wie NiCd-Akkus, aber deutlich höhere EnergiedichtenMit Energiedichte ist die verfügbare Kapazität pro Größeneinheit gemeint. von bis zu 100 mAh/cm3 und erreichen damit schon fast die Kapazitäten von guten Alkali-Batterien. Es gibt im Fachhandel Ladegeräte für NiMH-Akkus, die mit einem Computer ausgestattet sind, der die Akkus mit definierten Stromstärken laden und entladen können. Viele von ihnen verfügen auch über Funktionen zum Regenerieren müde gewordener Zellen. Damit wird der Akku langsamer ge- und entladen und dazwischen je eine Stunde Pause eingelegt, damit die Chemie in der Zelle Zeit hat, sich zu beruhigen.
Ich habe beobachtet, dass diese Pause eigentlich viel länger dauern sollte. Es hat sich als zweckmäßig erwiesen, nach dem Entladen und einer Pause von mindestens 24 Stunden nochmals zu entladen, weil dann immer noch Einiges an Ladung verfügbar ist. Diese zusätzliche Ladungsreserve ist dem Memory-Effekt zu verdanken. Wenn ein zweimal entladener Akku aufgeladen wird, nimmt er mehr Ladung auf und kann danach auch mehr abgeben als vor so einem Zyklus.
Es sollte berücksichtigt werden, dass ein doppelter Entladezyklus Stress für den Akku ist und das könnte die Lebensdauer eines frischen Akkus negativ beeinflussen. Einen älteren Akku, der nur noch weniger als ein Viertel seiner Nennkapazität hat, kann man aber mit zwei Doppelzyklen innerhalb einer Woche wieder zu neuem Leben erwecken und mehr als die Hälfte der Nennkapazität zurückgewinnen.

Lithium-Akkumulatoren

Eigenschaften
Es gibt zwei handels­übliche Arten von Li-Akkus, Li-Ionen und Li-Polymer. Am weitesten verbreitet sind Li-Ionen­akkumu­latoren. Je nach dem, woraus die Kathode besteht, liegt die Zellen-Nennspannung zwischen 3,3 und 3,8 Volt; üblich sind 3,6 bis 3,7 V. Die Lade­schluss­spannung beträgt etwa 4,2 V, die Entlade­schluss­spannung bei Li-Ion 2,5 V und bei Li-Polymer 3,0 V.
Der kritische Spannungsbereich beginnt bei 4,3 V. Bei dieser Spannung setzen Prozesse ein, die die Kapazität der Zelle unwiderruflich verringern. Deshalb dürfen Lithiumakkus niemals überladen werden.
Auf der anderen Seite sind Li-Akkus aber auch sehr empfindlich gegen Tiefentladung. Sinkt die Zellen­spannung unter die Entlade­schluss­spannung, verringert das ebenfalls die Kapazität.
Wenn man es genau betrachtet, ist so ein Lithium­akku also eine ziemliche Diva. Besonders zickig werden Li-Polymer-Akkus, wenn sie überladen werden; sie können dabei sogar überhitzen und einen Brand verursachen.

Was für NiMH Akkus lebens­rettend sein kann, ist für Lithium-Akkus ziemlich schädlich. Sowohl für Li-Ion als auch für Li-Polymer gilt grund­sätzlich, dass die Grenz­werte für die Lade­schluss­spannung und die Entlade­schluss­spannung niemals über- bzw. unter­schritten werden dürfen und ein Akku nur aufgeladen gelagert werden sollte. Entladene Zellen sollten möglichst zeitnah wieder aufgeladen werden; da zählt jede Stunde. Lithium­zellen fühlen sich bei 4,11 bis 4,15 Volt am wohlsten und können so bei etwa 10 bis 15°C mehrere Monate lang gelagert werden. Zur Wiederinbetriebnahme langsam auf Zimmertemperatur bringen und aufladen. Danach ist der Akku fast genau so fit wie vor der Lagerung.


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