{"id":28,"date":"2014-11-20T18:05:02","date_gmt":"2014-11-20T16:05:02","guid":{"rendered":"https:\/\/www.akku.net\/magazin\/?p=28"},"modified":"2018-04-19T15:25:37","modified_gmt":"2018-04-19T14:25:37","slug":"funktionen-und-anwendungen-von-akkus","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.akku.net\/magazin\/funktionen-und-anwendungen-von-akkus\/","title":{"rendered":"Funktionen und Anwendungen von Akkus"},"content":{"rendered":"

Die Einsatzm\u00f6glichkeiten von Akkumulatoren, kurz Akkus, sind vielf\u00e4ltig. M\u00f6glich wurde unsere heutige elektronische Mobilit\u00e4t erst mit der Erfindung der galvanischen Zelle durch den italienischen Biophysiker Luigi Galvano. Seit seiner Entdeckung, mit Hilfe eines Stromkreises chemische Energie in elektrische Energie umzuwandeln, hat sich \u00fcber die jahrzehntelange Weiterentwicklung der Batterie bis hin zu den uns heute gel\u00e4ufigen Akkus allerhand getan. Aber wie funktioniert ein Akku \u00fcberhaupt? Welche Arten gibt es? Und wo liegen seine Anwendungsbereiche?<\/strong><\/p>\n

Funktionen von Akkus<\/h2>\n

Grunds\u00e4tzlich besteht ein Akku immer aus zwei Elektroden, einer negativen und einer positiven, und einem Elektrolyt, in Form eines Gels, einer fl\u00fcssigen L\u00f6sung oder eines Feststoffes. Sowohl f\u00fcr die Funktion der Elektroden als auch f\u00fcr den Elektrolyten werden heute verschiedene chemische Stoffe verbaut. Wenn ein Akku geladen wird, flie\u00dft Strom durch den Elektrolyten, wodurch im Inneren des Akkumulators eine chemische Reaktion ausgel\u00f6st wird. Die negative, wie auch die positive Elektrode werden hierbei chemisch ver\u00e4ndert. Je nach Akku-Art f\u00e4llt diese Reaktion unterschiedlich aus.<\/p>\n

\"Elektrolyt\"
Schlie\u00dft man den Akku an die Steckdose an, flie\u00dft Strom hindurch, der eine chemische Reaktion der Elektroden ausl\u00f6st, was hier mit einem Pfeil von links nach rechts veranschaulicht ist. Der Stromfluss wird erst durch eine Stromquelle, die Steckdose, m\u00f6glich, hier als gelber Kreis bzw. Generator dargestellt.<\/figcaption><\/figure>\n

Wenn der Akku voll ist, k\u00f6nnen Sie, was heute selbstverst\u00e4ndlich ist, den dem Akku zugef\u00fchrten Strom wieder entnehmen bzw. nutzen. Dadurch findet die n\u00e4chste chemische Reaktion im Inneren des Akkumulators statt, im Gegensatz zum Ladevorgang aber andersherum.<\/p>\n

\"Elektrolyt\"
Wenn der Akku voll ist, kann ihm solange Strom entnommen werden, bis die umgekehrte Reaktion der Elektroden, hier mit einem Pfeil von links nach rechts verdeutlicht, beendet wird. Der \u201eGenerator\u201c wurde durch einen \u201eStromspeicher\u201c ersetzt, der nun elektrische Energie, die durch chemische Reaktion entstand, wieder abgibt.<\/figcaption><\/figure>\n

Die Stromentnahme kann dementsprechend so lange stattfinden, bis innerhalb des Akkus keine chemische Reaktion mehr stattfindet. Im Optimalfall kann der Akku die gleiche Menge Strom abgeben, wie ihm zugef\u00fchrt wurde. Theoretisch hat ein Akku einen Wirkungsgrad von 100 Prozent. Da der Akku aber faktisch nur in der Lage ist, etwa 70 bis 95 Prozent wieder abzugeben, muss beim Ladevorgang etwas mehr Strom zugef\u00fchrt werden, als sp\u00e4ter entnommen werden kann. Hat ein Akku im Laufe der Zeit kein ausreichendes Elektrolytmaterial mehr zur Verf\u00fcgung, kann er nicht mehr aufgeladen werden. Dies kann bei \u00e4lteren Akkus bereits nach zwei bis drei Jahren der Fall sein, modernere Akkus halten auf Grund der stetig steigenden Qualit\u00e4t und der technischen Anpassung an die geforderten Nutzungsbedingungen im Regelfall l\u00e4nger.<\/p>\n

Da bei vielen mobilen Ger\u00e4ten der direkte Austausch des Akkus ohne versierte Hilfe heute kaum mehr m\u00f6glich ist, kann die Laufzeit eines Akkus auch auf die Kaufentscheidung f\u00fcr ein Produkt einwirken. Ab dem Zeitpunkt, an dem der Akku nicht mehr aufgeladen werden kann, finden ungewollte chemische Reaktionen im Inneren des Akkus statt, die zum Beispiel zu einer Zersetzung des Elektrodenmaterials, des Elektrolyten, f\u00fchren k\u00f6nnen. Da viele Akkus fl\u00fcssige Elektrolyte beinhalten, wird das dort enthaltene Wasser dadurch in Sauerstoff und Wasserstoff aufgespaltet, kurz: es findet eine Elektrolyse statt. Durch diese Ver\u00e4nderung wird die Nutzungskapazit\u00e4t des Akkus vermindert. Daher sollte der Ladevorgang jedes Akkus nach vollst\u00e4ndiger Ladung sofort beendet werden. Aber nicht nur der Ladevorgang, sondern auch Art und Qualit\u00e4t des Akkus sowie die geeignete Temperatur im Gebrauchs- und Lagerzustand k\u00f6nnen Einfluss auf die Lebensdauer Ihres Akkus nehmen.<\/p>\n

Zu den heute gel\u00e4ufigsten Akku-Arten geh\u00f6ren Lithium-Ionen-Akkus, Nickel-Cadmium-Akkus und Nickel-Metallhydrid-Akkus.<\/strong> Jeder dieser Akku-Typen ist unterschiedlich zusammengesetzt und wird f\u00fcr verschiedene Bereiche eingesetzt.<\/p>\n

So funktioniert\u2019s<\/h3>\n

\"so<\/p>\n

Die positive Elektrode besteht meist aus oxidierenden Metallen, Oxiden oder Salzen. Die negative Elektrode ist h\u00e4ufig eine Metallelektrode und der Elektrolyt ist hierbei Wasser mit Leitsalz, organisches L\u00f6sungsmittel mit Leitsalz oder ein anderer Ionenleiter. Oberfl\u00e4che, Porosit\u00e4t und Benetzungsverhalten mit dem Elektrolyten spielen bei der Materialauswahl eine zentrale Rolle, k\u00f6nnen aber auch, je nach Gr\u00f6\u00dfe der Oberfl\u00e4che und der Intensit\u00e4t der Porosit\u00e4t, f\u00fcr die Verringerung der Energiedichte mitverantwortlich sein (Quelle<\/a>). Im Akku k\u00f6nnen die aktiven Materialien nicht nachgef\u00fcllt werden, daher ist eine hohe Zyklen-Effizienz notwendig. Denn je l\u00e4nger der Akku h\u00e4lt, also je mehr Lade-Entlade-Zyklen er durchh\u00e4lt, desto l\u00e4nger haben Sie was von Ihrem Akku.<\/p>\n

\"Akku.net\"
Quelle: Bild 1: https:\/\/www.akku.net\/Akku-Info\/1.10.MAC.999.55,Akku-f%C3%BCr-Apple-Typ–A1189.html
Bild 2: https:\/\/www.akku.net\/Akku-Info\/1.70.ACE.2.2,Akku-f%C3%BCr-Acer-CS-6531-N.html<\/figcaption><\/figure>\n

Der Lithium-Ionen-Akku <\/strong>hat eine positive Elektrode aus Lithium-Metalloxid und eine negative aus Graphit. Die positive Elektrode muss aus einem besonders leichten Material sein, damit sie beim Entladen der negativen Elektrode die abgegebenen Lithium-Ionen aufnehmen kann. Der Elektrolyt ist hier ein wasserfreies, aber brennbares L\u00f6sungsmittel.<\/p>\n

\"Akku.net\"
Quelle: Bild 1 https:\/\/www.akku.net\/Akku-Info\/1.20.BOS.1.1,Akku-f%C3%BCr-Bosch-Bohrschrauber-GSR-7-2-1.html
Bild 2: https:\/\/www.akku.net\/Akku-Info\/1.20.MAK.4.19,Akku-f%C3%BCr-Makita-5092D.html<\/figcaption><\/figure>\n

Beim Nickel-Cadmium-Akku<\/strong> bestehen die negative Elektrode (siehe Abb. 1 und 2, Minus-Elektrode) aus Cadmium und die positive aus Nickel (III)-oxidhydroxid. Graphit und weitere Metalle, welche beim Ladevorgang nicht reagieren, werden zur Steigerung der Leitf\u00e4higkeit hinzugegeben. Eine zwanzigprozentige Kaliumhydroxid-L\u00f6sung bildet hierbei den Elektrolyt.<\/p>\n

\"Akku.net\"
Quelle: Bild 1: https:\/\/www.akku.net\/Akku-Info\/1.77.TOP.1.1,Akku-f%C3%BCr-Babyphone-Babytalker-1010.html
Bild 2: https:\/\/www.akku.net\/Akku-Info\/1.77.PHI.1.16,Akku-f%C3%BCr-Babyphone-Philips-486-91.html<\/figcaption><\/figure>\n

Im Inneren des Nickel-Metallhydrid-Akkus <\/strong>findet sich eine positive Elektrode aus Nickel(III)Oxyhydrat und eine negative Elektrode, die aus einem Metallhydrid gefertigt wird. Als Elektrolyt wird eine zwanzigprozentige Kalilauge bzw. ein alkalischer Elektrolyt verwendet.<\/p>\n

Die Leistung der jeweiligen Akkumulatoren ist vom Fraunhofer-Institut Chemische Technologie wie folgt dargestellt (Quelle<\/a>):<\/p>\n\n\n\n\n\t\n\n\t\n\t
Energiedichte<\/th>Einheit<\/th>NiCd<\/th>NiMH<\/th>Li-Ion<\/th>Li-Po<\/th>\n<\/tr>\n<\/thead>\n
Volumetrisch<\/td>Wh\/L<\/td>180<\/td>300<\/td>350<\/td>270<\/td>\n<\/tr>\n
Gravimetrisch<\/td>Wh\/kg<\/td>50<\/td>70<\/td>140<\/td>150<\/td>\n<\/tr>\n<\/tbody>\n<\/table>\nQuelle: http:\/\/www.uni-saarland.de\/fak7\/fze\/AKE_Archiv\/AKE2006H\/AKE2006H_Vortraege \/AKE2006H_05Tuebke_ElektrischeSpeichertechnik.pdf<\/span>\n\n

 <\/p>\n

Die Energiedichte wird hierbei in Energievolumen Wh\/l dargestellt und gibt den Energieinhalt pro Volumen an. Die Energiedichte wird hier in Energiegewicht Wh\/kg angegeben und gibt den Energieinhalt pro Gewicht an. Je h\u00f6her beide Werte sind, desto \u201aleistungsf\u00e4higer\u2018 ist der jeweilige Akku. Wie oben zu sehen, schneiden der Lithium-Ionen-Akku und der Nickel-Metallhydrid-Akku am besten ab, was wiederum der Grund f\u00fcr ihren h\u00e4ufigen Nutzen sein d\u00fcrfte.<\/p>\n

Anwendung der Akkus<\/h2>\n
\"Bildquelle:
Bildquelle: \u00a9istock\/allensima<\/figcaption><\/figure>\n

Lithium-Ionen-Akku (Li-Ion-Akkus)<\/h4>\n

Diese Art von Akkus wird vorwiegend in Notebooks und Digitalkameras verbaut, ist sehr leicht und besitzt keinen Memory-Effekt. Als Memory-Effekt wird der Merk-Effekt des Akkus bezeichnet: Wird ein Akku vor dem Laden nur teilentladen, ist also noch halb oder zu einem Viertel voll, \u201emerkt\u201c sich der Akku dies und wird bei folgenden Entladungen nicht mehr seine volle Kapazit\u00e4t an Strom zur Verf\u00fcgung stellen. Bei modernen Akkus tritt dieser Effekt aber nicht auf. Der Lithium-Ionen-Akku hat eine sehr hohe Energiedichte, er kann auf gleichem Raum bis zu f\u00fcnf Mal mehr Energie speichern als ein Nickel-Metallhydrid-Akku (Quelle<\/a>), und besitzt eine \u00fcberaus geringe Selbstentladung, wenn er vern\u00fcnftig gelagert wird. Als Selbstentladung wird der eigene Energieverbrauch des Akkus bezeichnet, der Akkumulator verliert im Laufe der Zeit an Ladung, obwohl kein \u00e4u\u00dferer Strom flie\u00dft. Wenn ein Lithium-Ionen-Akku zu hohen Temperaturen ausgesetzt wird, verringert sich seine Lebensdauer stark. Leider ben\u00f6tigen diese Akkus eine Reihe an Schutzelektronik, da sie sich sonst bereits bei geringer \u00dcberladung entz\u00fcnden k\u00f6nnten. Diese Form des Akkus existiert zudem in einer Form mit einem polymeren Elekrolyt, dem Lithium-Polymer-Akku. Da Lithium-Ionen-Akkus und auch Lithium\u2013Polymer-Akkus in mobilen Endger\u00e4ten wie Handy, Notebook und Tablets eingesetzt werden, h\u00e4ngt die Lebensdauer auch von der richtigen Nutzung des Akkus ab. Welche Mythen sich beispielsweise um das richtige Laden und Entladen von Handy-Akkus ranken, erfahren Sie hier.<\/a><\/p>\n

\"Bohrmaschine\"
Bildquelle: \u00a9iStock.com\/Fontanis<\/figcaption><\/figure>\n

Nickel-Cadmium-Akku (NiCd-Akkus)<\/h4>\n

Vorwiegend aus dem portablen Werkzeugbereich bekannt, ist die Nutzung des Nickel-Cadmium-Akkus seit 2004 EU-weit eingeschr\u00e4nkt und nur noch f\u00fcr bestimmte Arten von portablen Elektroger\u00e4ten zul\u00e4ssig (Quelle<\/a>). Ab 2016 wird die Verwendung von Cadmium in Ger\u00e4tebatterien und -akkus endg\u00fcltig verboten werden (Quelle<\/a>). Momentan sind Nickel-Cadmium-Akkus f\u00fcr die Nutzung von Elektrowerkzeugen und im medizinischen Bereich noch zugelassen. Der Vorteil des Akkus ist seine \u00fcberaus lange Haltbarkeit, seine K\u00e4lteresistenz und er ist sehr schnell aufladbar. Der NiCd-Akku ist bei Anforderung von hohen Str\u00f6men ideal, da er einen sehr kleinen Innenwiderstand hat und dadurch extrem hohe Stromst\u00e4rken liefern kann.<\/p>\n

\"Kind
Bildquelle: \u00a9iStock.com\/ AntonioGuillem<\/figcaption><\/figure>\n

Nickel-Metallhydrid-Akku (NiMH-Akkus)<\/h4>\n

Dieser Akku ist cadmiumfrei, kommt aber trotz der ebenfalls notwendigen Verbauung von Nickel ohne Cadmium aus und ist dadurch umweltfreundlicher. Der Nickel-Metallhydrid-Akku ist ausschlie\u00dflich f\u00fcr den Gebrauch \u00fcber einer Temperatur von 0 Grad Celsius geeignet und \u00dcberladung, Tiefentladungnd \u00dcberhitzung schaden ihm gewaltig. Die Tiefentladung verst\u00e4rkt den Memory-Effekt und wirkt sich somit negativ auf die Akku-Kapazit\u00e4t aus. Zudem besitzt der Akku eine hohe Affinit\u00e4t zur Selbstentladung. Diese Art der Akkumulatoren wird in der Form wie handels\u00fcbliche Kleinbatterien verbaut und verf\u00fcgen \u00fcber eine hohe Energiedichte. H\u00e4ufig wird der Akku f\u00fcr Ger\u00e4te wie Babyphones, Kleinleuchten und Elektroautos verwendet.<\/p>\n

Bildquelle Titelbild: \u00a9iStock.com\/Maximkostenko<\/small><\/p>\n

<\/div>\n
<\/div>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

Die Einsatzm\u00f6glichkeiten von Akkumulatoren, kurz Akkus, sind vielf\u00e4ltig. M\u00f6glich wurde unsere heutige elektronische Mobilit\u00e4t erst mit der Erfindung der galvanischen<\/p>\n","protected":false},"author":5,"featured_media":37,"comment_status":"open","ping_status":"open","sticky":false,"template":"","format":"standard","meta":{"colormag_page_container_layout":"default_layout","colormag_page_sidebar_layout":"default_layout","footnotes":""},"categories":[4],"tags":[],"class_list":["post-28","post","type-post","status-publish","format-standard","has-post-thumbnail","hentry","category-akkus-im-einsatz"],"_links":{"self":[{"href":"https:\/\/www.akku.net\/magazin\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/28","targetHints":{"allow":["GET"]}}],"collection":[{"href":"https:\/\/www.akku.net\/magazin\/wp-json\/wp\/v2\/posts"}],"about":[{"href":"https:\/\/www.akku.net\/magazin\/wp-json\/wp\/v2\/types\/post"}],"author":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/www.akku.net\/magazin\/wp-json\/wp\/v2\/users\/5"}],"replies":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/www.akku.net\/magazin\/wp-json\/wp\/v2\/comments?post=28"}],"version-history":[{"count":13,"href":"https:\/\/www.akku.net\/magazin\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/28\/revisions"}],"predecessor-version":[{"id":913,"href":"https:\/\/www.akku.net\/magazin\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/28\/revisions\/913"}],"wp:featuredmedia":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/www.akku.net\/magazin\/wp-json\/wp\/v2\/media\/37"}],"wp:attachment":[{"href":"https:\/\/www.akku.net\/magazin\/wp-json\/wp\/v2\/media?parent=28"}],"wp:term":[{"taxonomy":"category","embeddable":true,"href":"https:\/\/www.akku.net\/magazin\/wp-json\/wp\/v2\/categories?post=28"},{"taxonomy":"post_tag","embeddable":true,"href":"https:\/\/www.akku.net\/magazin\/wp-json\/wp\/v2\/tags?post=28"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}