AKKU -SPEICHER FÜR ELEKTRISCHE ENERGIE-

Ein Akku, oder Akkumulator, ist ein Speicher für elektrische Energie, meist auf Basis eines elektrochemischen Systems, also eine wiederaufladbare oder Sekundärbatterie.

Was ist ein Akku?

Im Prinzip ist auch ein Akku nur eine Batterie. Aber eine Batterie mit vielen Vorteilen: Akkus sind wieder aufladbar und dadurch kostengünstiger. Und das umso mehr, je länger sie im Einsatz sind.

So arbeitet ein Akku

„Akkumulator“ bedeutet Sammler: Er speichert elektrische Energie. Diese wird von außen (Ladegerät) zugeführt und chemisch gespeichert. Wird der Akku eingesetzt und damit ein Spannungskreislauf geschlossen, erfolgt die Freigabe der Energie. Zwischen der durch einen Separator getrennten negativen und der positiven Elektrode kommt es zu einer chemischen Reaktion. Die Umkehrung dieser chemischen Reaktion erfolgt beim Aufladen.

Akku: Die bessere Batterie

Im Prinzip ist auch ein Akku nur eine Batterie. Aber eine Batterie mit vielen Vorteilen: Akkus sind wieder aufladbar und dadurch kostengünstiger. Der zweite Grund, der für den Einsatz von Akkus spricht: Sie belasten die Umwelt weit weniger als Batterien. Denn der Energie- und Rohstoffeinsatz bei der Produktion von Batterien sowie ihre aufwändige Verwertung nach der Nutzung macht Batterien zu wahren Umweltsündern.

Akkus bevorzugen ihresgleichen

Es ist wie beim Sport: Damit ein Team seine volle Leistung erreicht, muss die Zusammensetzung stimmen. Übertragen auf Akkus: Mischen Sie keine Akkus unterschiedlicher Qualität. Der schlechteste Akku bestimmt die Gesamtleistung – und verringert die Lebenszeit der leistungsstärkeren Akkus. Denn je häufiger Sie Akkus laden müssen, umso mehr verringert sich ihre Lebensdauer. Akkus sollen deshalb auch vor dem Aufladen möglichst stark entladen sein. Beim richtigen Umgang sind 1000 Ladevorgänge möglich. Übrigens: Auch Batterien sollten Sie nicht mit Akkus mischen!

Die Alkali-Mangan-Zelle, umgangssprachlich auch Alkali-Mangan-Batterie oder Alkaline, ist eine galvanische Zelle und zählt zu den wichtigsten elektrochemischen Energiespeichern. Sie stellt eine Weiterentwicklung der Zink-Kohle-Batterie dar. Die Alkali-Mangan-Zelle hat in den Folgejahren aufgrund höherer Kapazität, höherer Sicherheit gegen Auslaufen, besserer Belastbarkeit und längerer Lagerbarkeit die Zink-Kohle-Zelle aus den meisten Anwendungen verdrängt.

Die Alkali-Mangan-Zelle wird zu den Primärelementen, das heißt den nicht-wiederaufladbaren Batterien gezählt, obwohl sie grundsätzlich begrenzt wiederaufladbar ist.

Die Alkali-Mangan-Zelle findet man in Form von Knopfzellen oder Rundzellen.

Die Angaben zur Kapazität auf Notebookakkus lassen sich nie genau in Arbeitszeit umrechnen, da diese immer davon abhängt, wie Ihr Notebook konfiguriert ist und welche Anwendungen Sie nutzen.

Zur Orientierung können Sie aber davon ausgehen, dass ein Akku mit 4.400mAh 2-3Std. halten sollte und ein Akku mit 7.800mAh etwa 4-6Std.

Für dieses Beispiel gilt die Annahme, dass Ihr Notebook ein Netzteil mit 90W Leistung verwendet.

Fordert das Notebook mehr Leistung ab oder hat heller eingestellte Displaybeleuchtung verringert sich die Arbeitszeit entsprechend.

Die Galvanische Zelle benannt nach Luigi Galvani

Eine elektrische Batterie ist eine Galvanische Zelle oder eine Kombination (Zusammenschaltung) mehrerer gleicher Zellen in einem Gehäuse. Ursprünglich bezeichnete Batterie nur die Zusammenschaltung mehrerer Zellen, jedoch hat sich die Wortbedeutung im Sprachgebrauch entsprechend erweitert. Eine einzeln verwendete Zelle heißt zur Verdeutlichung auch Monozelle. Wiederaufladbare Batterien werden als Akkumulator oder Akku bezeichnet.

Cadmium ist ein chemisches Element im Periodensystem der Elemente mit dem Symbol Cd und der Ordnungszahl 48.

Verbot von cadmiumhaltigen Werkzeugakkus

Bereits im Dezember 2004 entschied sich die EU dafür, die Nutzung des Schwermetalls Cadmium in technischen Geräten drastisch zu reduzieren. Grund: Der silbrig-graue Stoff lässt sich nur umständlich recyceln, gilt als stark umweltschädlich und kann bei direktem Kontakt mit der Haut zu Gesundheitsschäden führen. Ursprünglich war geplant, dass die Mitgliedsstaaten binnen zwei Jahren den Handel mit Nickel-Cadmium-Akkus durch nationale Gesetze unter Verbot stellen. Auf Bitte einiger Länder, zu denen auch Deutschland zählte, wurden jedoch verschiedene Nutzungen von Cadmium vorerst von dem Verbot ausgenommen. Zu diesen Ausnahmen gehörten auch schnurlose Elektrowerkzeuge wie beispielsweise Akkuschrauber. Für diese konnte der Argumentation zufolge zum Zeitpunkt des Verbotes nicht sichergestellt werden, dass ein gleichwertiger Ersatz verfügbar ist. Am 1. Dezember 2009 setze die Bundesregierung die EU-Richtlinie in nationales Recht um. Das Batteriegesetz (BattG) verbietet seitdem unter Abschnitt 2 „Das Inverkehrbringen von Gerätebatterien, die mehr als 0,002 Gewichtsprozent Cadmium enthalten“. Allerdings gab und gibt es Ausnahmen von dieser Regelung, zu denen unter anderem Notbeleuchtungen und medizinische Ausrüstungsgegenstände gehören. Auch schnurlose Elektrowerkzeuge gehörten zu diesen Ausnahmen. Zum 31. Dezember 2016 endet jedoch die Ausnahmeregelung für Werkzeugakkus, womit diese auch endgültig aus den Auslagen der Händler verschwinden werden.

Im Akkushop haben Sie noch bis Ende 2016 die Möglichkeit, sich mit passenden NiCd-Akkus für Ihre Geräte einzudecken. Besonders, wenn Sie akkubetriebene Geräte besitzen, mit denen Sie nur gelegentlich arbeiten, sollten Sie die Gelegenheit nutzen und noch günstige Akkus aus unserem großen Sortiment bestellen. Denn hier bietet der NiCd-Akku einige entscheidende Vorteile gegenüber seiner Konkurrenz.

In gasdichten Faserstruktur-NiCd-Zellen wird der entstehende Sauerstoff an einer katalytisch wirksamen Oberfläche der Faserstruktur-Rekombinationselektrode so schnell rekombiniert, dass im Betrieb sogar ein leichter Unterdruck entsteht.

Kurz: Gel-Akku

Ein Gel-Akkumulator (Gel-Akku genannt) ist eine besondere Form des Blei-Akkumulators, bei dem durch Zusatz von Kieselsäure das Elektrolyt gebunden wird. Da diese Art Akku vollständig verschlossen ist, ist es nicht möglich, Wasser nachzufüllen.

Ein Vorteil besteht darin, dass man ihn lageunabhängig betreiben kann und dass er aufgrund der geschlossenen Bauweise sehr wartungsarm ist.

Eine Hybridbatterie ist ein spezieller Akku, der als Energiespeicher für Hybridfahrzeuge benutzt wird.

Dieser Akku muß in kurzer Zeit sehr große Energiemengen abgeben und aufnehmen können und wegen seiner Größe und des hohen Preises hat er eine extrem lange Lebensdauer.

Da herkömmliche, auf dem Markt vorhandene Batterien für diesen Zweck nicht geeignet sind, wurde für Hybridfahrzeuge diese spezielle Batterien entwickelt.

Das Wort Hybrid stammt aus dem griechischen Ursprung „Hybrida“ und bedeutet „etwas Gemischtes“. In der Regel werden bei diesem System zwei Technologien miteinander kombiniert. Bei einem Auto mit dieser Technolgoie steckt im Motorraum neben dem herkömmlichen Verbrennungs- auch ein Elektromotor.

In der Elektrochemie versteht man unter einem Ionenleiter ein Gas, eine Flüssigkeit oder einen Festkörper, bei dem der Transport elektrischer Ladungen durch Ionen und nicht durch Elektronen erfolgt.

Typische Ionenleiter sind ionisierte Gase und Elektrolyte.

In der Neurophysiologie ist ein Ionenleiter eine intra- oder extrazelluläre Flüssigkeit sowie die zwischen ihnen vermittelnden Membrandurchlässe, z. B. in Form von Ionenkanälen und Ionenpumpen.

Der Begriff Kapazität bezeichnet:

• in der Informatik das Daten-Fassungsvermögen einer Speicher-Hardware, siehe Speicherkapazität.
• in der Physik und Elektrotechnik ist die Kapazität ein Maß für die Fähigkeit eines Körpers oder Systems, elektrische Ladung zu speichern. Diese wird Elektrische Kapazität genannt.
• in der Elektrotechnik die theoretisch entnehmbare Ladungsmenge einer Batterie. Angegeben wird diese Kapazität in Ah (Ampere-Stunden) bzw. mAh. Für den Verbraucher bedeutet diese Angabe: je höher die Kapazität, desto länger die Betriebszeit der Batterie.

Die Akkukapazität – gemessen in Milli-Ampère-Stunde (mAh) – gibt an, wieviel Strom ein Akku in einer bestimmten Zeitspanne liefern kann. Ein Akku mit z.B. einer Kapazität von 1.000mAh kann 10 Std. lang einen Strom von 100mA abgeben oder 100 Std. einen Strom von 10mA.

Beeinflusst wird die Kapazität von der Aussentemperatur bzw. extremen Temperaturen und Temperaturschwankungen. Deutliche Beeinträchtigungen sind bei Temperaturen unter -10°C und +40°C zu erwarten.

Kurzschluss werden die stromführenden Kontakte oder Anschlusspole eines Akkus mit einem gut leitenden Gegenstand überbrückt, entsteht ein „äußerer Batteriekurzschluss“.

ACHTUNG! Unter Umständen kann der Akku hiernach durch interne chemische Prozesse sehr heiß werden.

Bauelement für elektrische und elektonische Geräte

Ein Kondensator ist ein elektrisches Bauelement zur Speicherung elektrischer Energie in einem elektrischen Feld und wird außerdem als kapazitiver Blindwiderstand in einem Wechselstromkreis genutzt.

Die häufigsten technischen Anwendungsgebiete von Kondensatoren oder von Bauelementen die das Kondensatorprinzip nutzen sind:

• als Energie- und Ladungsspeicher, z.B. in Schaltnetzteilen, Umrichtern, Gleichspannungsnetzteilen, Blitzröhren, in integrierten Schaltungen zur Speicherung von digitalen und analogen Informationen z.B. für dynamische RAM, Eraseable Programmable Read Only Memory und Flash-Speicher,
• als frequenzabhängiger Widerstand, z.B. in Kondensatornetzteilen, Verstärkern und Lautsprechern,
• in der Sensorik, z.B. für verschiedene Messgeräte, Manometer, Variometer, Näherungsschalter, Touchscreen, Kondensatormikrofone, Steuerung der Belichtungszeit von Röntgenfilmen, Hygrometer und Füllstandssensoren.

Kondensatoren werden somit in einer Vielzahl von Geräten eingesetzt, sie hatten schon 1998 ein Marktvolumen von 9,2 Milliarden Dollar.

Der Lazy- Battery- Effekt kann im Gegensatz zum klassischen Memory- Effekt auch bei der NiMH- Technologie auftreten und ebenfalls wieder vollständig beseitigt werden. Die Ursachen sind im Prinzip die gleichen wie beim klassischen Memory- Effekt (Dauerladung bzw. Teilentladung), wirken sich aber auf die positive Nickelhydroxid- Elektrode die bei NiCd und NiMH einander entsprechen, aus. Die Ladespannung sinkt hier nur geringfügig ab, zudem gibt es die gleiche einfache Verjüngungskur: Entladen Sie den Akku von Zeit zu Zeit komplett und laden Sie ihn dann wieder auf. Am besten zwei bis dreimal hintereinander. Man nennt diesen Vorgang „Zyklen“. Auch hierfür ist ein Ladegerät mit Entladefunktion von Vorteil. So werden die Folgen des Lazy- Battery- Effektes vollständig beseitigt, der Akku hat seine alte Leistungsfähigkeit zurück.
Der Lazy- Battery- Effekt ist weit weniger gravierend als der klassische Memory- Effekt. Die Spannung liegt zwar etwas tiefer als normal, die Nutzungsdauer bleibt jedoch fast vollkommen erhalten. Der Akku nimmt genauso wie hinsichtlich des klassischen Memory- Effektes keinen dauerhaften Schaden.
Für dauerhafte Leistungsfähigkeit eines Akkus spielen Qualität und Bauweise des Ladegerätes eine wichtige Rolle. Die höheren Kosten für ein gutes Ladegerät sind bei regelmäßigem Gebrauch der Akkus schnell amortisiert.

Sogenannte Sekundärbatterie

Die nicht wiederaufladbare Primärbatterien und die wiederaufladbaren Sekundärbatterien werden als Oberbegriff „Lithium-Batterie“ genannt, bei denen Lithium als aktives Material in der negativen Elektrode verwendet wird.

Ist wiederaufladbar!

Die elektrochemische Spannungsquelle auf der Basis von Lithium wird als Lithium-Ionen-Akku bezeichnet. Der Lithium-Ionen-Akku ist, im Gegensatz zur Lithium-Batterie, wiederaufladbar. Die Weiterentwicklung des Li-Ionen-Akkus ist der Lithium-Polymer-Akku.

Der Markt von Kleinstgeräten (Handys, Notebooks, Smartphones, PDAs) zeigt einen Trend zur Miniaturisierung. Gleichzeitig steigt der Energiebedarf solcher Systeme. Wegen der hohen Energiedichte der Lithium-Zellen sind diese besonders für mobile Geräte geeignet. Zum Beispiel Handys und Notebooks. Allerdings sind Lithium-Ionen Akkus teuer und reagieren wesentlich empfindlicher auf falsche Behandlung als andere Akkus. Sie bleiben etwa 5 Jahre funktionstüchtig.
Zwar mögen Lithium-Akkus absolut giftig für die Umwelt sein. Dafür bieten Sie ein hohes Maß an Komfort, indem sie sich einfach per Netzteil wieder aufladen lassen.

Eine Lithium-Ionen-Zelle besteht aus einer Grafit-Elektrode (negativ) und einer Lithium-Metalloxyd-Elektrode (positiv). Das Lithium-Metalloxyd kann Mangan, Nickel oder Kobalt sein. Die Zusammensetzung hat Einfluss auf die Eigenschaften des Lithium-Ionen-Akkus und ist je nach Hersteller und Güteklasse unterschiedlich. Die Nennspannung von Li-Ionen-Zellen ist abhängig vom Elektrodenmaterial und liegt bei 3,6 oder 3,7 Volt.
Lithium ist das leichteste Metall und reagiert heftig mit Wasser. Deshalb kommt als Elektrolyt ein wasserfreies, aber brennbares Lösungsmittel zum Einsatz. Das Lösungsmittel ist der Grund, warum es gelegentlich Meldungen von explodierenden oder brennenden Notebook-Akkus gibt. Hierbei hat sich das Elektrolyt entzündet. Die genaueren Gründe sind vielfältig. In der Regel kommt es zu Akku-Rückrufaktionen, wenn fehlerhafte Li-Ionen-Akkus festgestellt werden.
Die Elektroden werden durch einen Separator getrennt, um einen Kurzschluss zwischen den Elektroden zu verhindern. Der Separator ist für die Lithium-Ionen durchlässig. Die Kathode wirkt wie ein Schwamm. Sie kann so eine große Zahl von Ionen aufnehmen. So entsteht eine Energiedichte von 180 Wh/kg.

Alterung

Die Alterung der Lithium-Ionen-Akkus wird durch die Zell-Oxidation hervorgerufen. Dabei oxidieren die Elektroden. Diese verlieren die Fähigkeit Lithium-Ionen zu speichern, die für den Stromfluss notwendig sind. Die Zell-Oxidation wird von verschiedenen Faktoren beeinflusst. Zum Beispiel durch die Temperatur und dem Ladezustand des Akkus. Bei hoher Temperatur und vollem Akku entwickelt sich die Zell-Oxidation besonders schnell. Dieser Zustand kommt z. B. bei Notebooks häufig vor, wenn der Akku vollständig geladen ist und gleichzeitig das Gerät in Betrieb ist und warm wird. Die Wärme überträgt sich auf den Akku. Benötigt man den Akku nicht, so sollte man ihn zur Hälfte aufladen und bei Zimmertemperatur, besser im Kühlschrank (nicht Kühlfach), lagern. Erst kurz bevor man ihn wieder einsetzen will, lädt man ihn vollständig auf.

Lagerung

Muss ein Lithium-Ionen-Akku längere Zeit gelagert werden, muss regelmäßig der Ladezustand kontrolliert werden. Der optimale Ladezustand liegt zwischen 50% und 80%. Die Selbstentladung von 1% pro Monat ist äußerst gering, allerdings stark temperaturabhängig. Lithium-Ionen-Akkus sollten alle 3 bis 4 Monate nachgeladen werden, um die Tiefentladung zu vermeiden. Erreicht eine Zelle eine Spannung unter 2V kann sich die Zelle zerstören.
Beim Erwerb von Lithium-Ionen-Akkus muss immer damit gerechnet werden, dass Akkus vorzeitig den Geist aufgeben. Vor allem bei Akkus die aus Fernost kommen oder länger unterwegs gewesen sind. Das gilt genauso für Ersatzakkus, die evt. eine längere Lagerung hinter sich haben. Ist ein Akku doch kaputt, dann kann ein Reparatur in Frage kommen. Wenn nicht, dann sollte der Akku beim Händler oder im Sondermüll entsorgt werden.

Akkupflege

Ob ein Lithium-Ionen-Akku nur ein oder sogar 5 Jahre hält, hängt von der Verarbeitung, dem Gebrauch und der Betriebstemperatur ab.
Chemische Änderungen des Elektrolyten und der Oxidation der Elektroden sind die Hauptursache für die Alterung. Das Lithium-Ionen-Akkus nach 2 bis 3 Jahren an Kapazität verlieren ist nur eine Faustregel.
Nicht gebrauchte Akkus sollten nicht im Gerät, sondern extern gelagert werden. Je höher die Temperatur, also je wärmer der Akku, desto schneller altert er. Da sich elektronische Geräte während des Betriebs stark erwärmen ist das eine schlecht Voraussetzung für Lithium-Ionen-Akkus. Am besten lagert man sie mit der Hälfte der Ladung im Kühlschrank. Bei einer Selbstentladung von 1% im Monat hält die Ladung sehr lange.

Ein wiederaufladbarer Energiespeicher

Ein Lithium-Polymer-Akku ist eine eine Weiterentwicklung des Lithium-Ionen-Akkus und ein wiederaufladbarer Energiespeicher.

Was ist der Memory-Effekt?

In den 60er des letzten Jahrhunderts wurde der Memory-Effekt von der NASA beschrieben. Gesinterte NiCd-Akkus in Satelliten wurden unabhängig vom Grad der Entladung in regelmäßigen Abständen aufgeladen. An den Laderhythmus passten sich die Akkus mit der Zeit an. Die Kapazität der Akkus reichte nur noch bis zum nächsten Ladezyklus, obwohl sie deutlich größer dimensioniert war.

Der Klassiker

Was ist ein Nickel-Cadmium Akku?

NiCd-Akkus sind wahrscheinlich die am Häufigsten im Umlauf befindlichen Akkumulatoren. Bis zu 1000 Ladezyklen bedeuten erhebliche Ersparnisse gegeüber nicht-wiederaufladbaren Batterien.

Aufbau

Bei NiCd-Akkus besteht die positive Elektrode aus Oxy-Nickelhydroxid (2NiOOH) und die negative elektrode aus Cadmium. Bei beiden Elektroden wird zur besseren leitfähigkeit Graphitpartikel eingelagert. Als Elektrolyt wird Kaliumhydroxid (KOH) verwendet.

Selbstentladung
NiCd-Akkus haben einen Kapazitätsverlust von 0,5 % pro Tag. Bei höheren Temperaturen nimmt dieser noch zu.

Anwendung
Diese Art von Akkus befindet sich überall in Geräten des täglichen Gebrauchs:

• Camcorder
• schnurlose Telefone
• Modellbau

Verwandt mit dem Nickel-Cadmium-Akku

Der Nickel-Eisen-Akku gehört zur verwandschaft mit dem Nickel-Cadmium-Akku. Das giftige Cadmium wurde allerdings gegen Eisen ausgetauscht. Die Nickelelektrode überzieht sich beim Laden mit einem schwarzen Oxidbelag, der beim Entladen wieder verschwindet. Nach dem Aufladen ist zwischen den Elektroden eine Spannung von etwa 1,3 Volt messbar.

Sie erhöht die Kapazität.

Bei einer Parallelschaltung verteilt sich der Gesamtstrom auf die einzelnen Zweige, die Summe der Teilströme ist gleich dem Gesamtstrom. Die Spannung ist für alle Komponenten gleich.

Quecksilber ist ein Metall und ein chemisches Element. Quecksilber und Brom sind die einziegen Metalle und einzigen Elemente,die bei Raumtemperatur und normalen Druckverhältnissen flüssig sind. Aufgrund hoher Oberflächenspannung benetzt Quecksilber seine Unterlage nicht, sondern bildet abgeplattete einzelne Tröpfchen. Wie jedes andere Metall ist Quecksilber elektrisch leitfähig.

Deutschland dürfen keine Batterien oder Zellen mit einem Quecksilbergeahlt von mehr als 0,0005 Gewichtsprozent in den Verkehr gebracht werden dürfen. Bei Knopfzellen darf der Quecksilbergehalt nicht über 2,0 Gewichtsprozent liegen. Auch Alkali-Mangan-Batterien enthalten heutzutage kein Quecksilber mehr, während es in den ersten Baureihen noch zum Amalgieren des Elektrodenmaterials erforderlich war. In Deutschland regelt die Batterieverordnung die Rücknahme und Entsorgung von Batterien und legte unter anderem diese Werte fest.

Oder auch Antriebsbatterie.

Traktionsbatterien finden hauptsächlich Anwendung als Energielieferant für elektrisch betriebene Fahrzeuge.

Es kommen Akkumulatoren zur Anwendung, da sie wiederaufladbar und damit mehrfach verwendbar sind. Sie sind in der Lage, ihre gespeicherte Energie über längere Zeiträume abzugeben und viele Lade/Entladezyklen zu überstehen.

Der Bleiakku ist wohl die am häufigsten verwendete Batterie, jedoch wird intensiv an der Verwendung von Akkus mit einer höreren Energiedichte und besserem Masse/Energieverhältnis geforscht. Auch Nickel-Cadmium Akkus haben eine weite Verbreitung gefunden.

Eine Einheit für Leistung

Watt ist eine Einheit der Leistung und wurde benannt nach dem berühmten James Watt, dem schottischen Erfinder, der weltberühmt wurde durch seine Verbesserungen an der Dampfmaschine.

Die Leistung gibt die Änderung der Energie (E) oder Arbeit (W) im Zeitintervall t an. Da Energie nicht vernichtet sondern immer nur umgewandelt wird, gibt die Leistung an, wie viel Energie umgewandelt wird.  So wandelt eine Glühlampe mit einer Leistung von 60 W bei konstanter Leistung in einer Stunde (oder 0,06 kWh) elektrische Energie in Licht und Wärme um.

Der Klassiker

Bei der Zink-Kohle-Zelle handelt es sich um ein Trockenelement wegen der Verwendung einer festen Kohle-Elektrode und der gasdichten Kapselung der Zelle und der Eindickung des Elektrolyten, ist ein galvanisches Element, also eine Batterie und erzeugt elektrische aus chemische Energie. Sie zählt zu den Primärelementen, da sie, anders als Akkumulatoren, nicht wiederaufladbar ist. Zink-Braunstein-Zellen sind preiswert in der Herstellung und weit verbreitet, werden aber zunehmend von Alkali-Mangan-Batterien verdrängt.