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Akku ist eine Abkürzung für den Begriff „Akkumulator“. Er speichert elektrische Energie auf elektrochemischer Basis und ist wiederaufladbar. In einer Reihen- oder Parallelschaltung können sogenannte Sekundärzellen zusammengeschaltet werden, um die nutzbaren Kapazitäten oder elektrische Spannung zu erhöhen. 

         

Was sind Akkus und wie funktionieren sie?

Akku ist eine Abkürzung für den Begriff „Akkumulator“. Er speichert elektrische Energie auf elektrochemischer Basis und ist wiederaufladbar. In einer Reihen- oder Parallelschaltung können sogenannte Sekundärzellen zusammengeschaltet werden, um die nutzbaren Kapazitäten oder elektrische Spannung zu erhöhen. Beide Varianten bringen eine Erhöhung des gesamten Energiegehalts. Sekundärzellen sind wiederaufladbare Elemente in einem Akkumulator. Der Energiegehalt ist das Produkt aus Spannung und Kapazität und wird in Watt- (Wh), Ampere- (Ah) oder Milliampere-Stunden (mAh) wiedergegeben. Die Nennspannungen eines Akkus hängen von den verwendeten Materialien ab. Die Baugröße bestimmt die Kapazität und verfügbare Spannung.

Wird ein Akku an einen Verbraucher angeschlossen, wird die zuvor gespeicherte elektrochemische Energie in elektrische Energie zurückgewandelt und freigesetzt.

Welche Akku-Typen gehören zu den gängigsten Modellen?

Lithium-Ionen-Akku, kurz Li-Ion-Akku

Nennspannungen von 3,2 bis 3,7V pro Zelle

Ein Li-Ion-Akku ist die Oberbezeichnung für Akkus auf Lithium-Basis. Chemisch betrachtet, enthalten alle reaktiven Materialien Lithiumionen. Der hohe Energiegehalt ist der wesentliche Unterschied zu anderen Akkumulatoren. Deshalb benötigen solche Akkus eine Schutzschaltung. Zudem sind sie empfindlich gegen Tiefenentladung und Überladung. Ihre thermische Stabilität und der geringe Memory-Effekt ermöglichen Li-Ion-Akkus ein breites Einsatzspektrum. Unter anderem werden sie aufgrund kleiner Abmessungen für mobile Geräte mit langer Laufzeit genutzt.

 

Differenzierte Bauweisen - Unterkategorien:

LiFePO 4 – Lithium-Eisenphosphat-Akku

Nennspannung von 3,2 bis 3,3V pro Zelle

Lithium-Eisenphosphat-Akkus haben eine merklich geringere Energiedichte als andere Li-Ion-Typen. Dafür sind sie beständiger gegenüber mechanischen Einflüssen und erleiden bei leichten mechanischen Beschädigungen keine thermischen Schäden in Form von Überhitzung. Dieser Akku-Typ kennt keinen Memory-Effekt. Standzeiten im vollständig geladenem oder entladenem Zustand beschränken die Lebensdauer des Akkumulators.

LiPo – Lithium-Polymer-Akku

Nennspannung von 3,7V / Zelle

LiPo-Akkus sind thermisch, mechanisch und elektrisch empfindlicher als anderen Akkumulatoren. Kleinste Beschädigungen, zu hohe oder zu niedrige Temperaturen, Tiefenentladungen und Überladungen schädigen die Zellen und führen zur vollständigen Zerstörung des Akkus. Polymer-Akkus können sich bei Überladung aufblähen – und müssen daher mit speziellen Kabeln oder Ladegeräten aufgeladen werden. Dafür sind sie leicht und halten bei richtiger Nutzung sehr lange.

Häufige Einsatzbereiche des Akku-Typs sind im Modellbau, in Elektrowerkzeugen im Profibereich und in der Fahrzeugtechnik.

NiCd – Nickel-Cadmium-Akku

Nennspannung von 1,2V / Zelle

Ihr geringer Innenwiderstand begünstigt die Lieferung hoher Ströme. Deshalb werden sie vermehrt in Modellbau- und Hochstromanwendungen genutzt. Sie bieten ebenfalls hohe thermische Resistenzen. Um Tiefenentladungen zu verhindern, muss der Akku bereits bei einer Restspannung von 0,85 bis 0,9 V geladen werden. Im Moment richtet sich der Einsatzbereich von NiCd-Akkumulatoren nach dem Batteriegesetz. Demnach dürfen damit nur Not- und Alarmsysteme, Notbeleuchtung und medizinische Ausstattung betrieben werden.

NiMH – Nickel-Metallhydrid-Akku

Nennspannung von 1,2V / Zelle

Dieser Typus weist eine höhere Energiedichte auf als die NiCd-Variante. Die Akkus sind empfindlich gegenüber thermischen und mechanischen Einflüssen. Falsche Polungen und zu häufige Tiefentladungen verkürzen die Lebensdauer des Akkus drastisch. Für den Einsatz unterhalb des Gefrierpunktes sind sie nicht geeignet.

Mobile Geräte mit konstanter Stromaufnahme nutzen häufig NiMH-Akkumulatoren.

Weitere Eigenschaften von Akkumulatoren

Jeder Akku verfügt über Nennkapazitäten. Sie beziehen sich immer auf einen bestimmten Entladestrom. Die Kapazitäten und somit auch die Laufzeiten eines Akkus sinken kontinuierlich und hängen vom jeweiligen Akku-Typ ab.

Wird ein Akku über einen längeren Zeitraum nicht genutzt, nimmt die gespeicherte Energie mit der Zeit ab. Wie hoch die Selbstentladung ist, hängt von Alter, Typ und Lagertemperatur ab. Für optimale Langzeitlagerungen werden Temperaturen ab 10 bis 30 Grad Celsius empfohlen. Die relative Luftfeuchtigkeit sollte nicht über 50 Prozent steigen. In Langzeit gelagerte Akkumulatoren müssen mindestens einmal im Jahr fünf vollständige Ladezyklen durchlaufen, damit sie nicht geschädigt werden. Neue Akkumulatoren erreichen das vollständige Potenzial ebenfalls erst nach fünf erfolgreichen Ladezyklen.

Aufgrund der wirtschaftlichen Unterschiede zu normalen Batterien werden Akkumulatoren gern für elektrische Geräte eingesetzt, die häufig genutzt werden und keine permanente Verbindung zum Stromnetz haben. Moderne Smartphones, Notebooks, Tablets und Akkuwerkzeuge werden mit Li-Ionen-Akkumulatoren betrieben.

Jeder Akku verfügt über einen Innenwiderstand. Dieser beeinflusst die Leistung der Batterie. Durch den Innenwiderstand können Geräte, die eine Spannung von 1,5V benötigen, problemlos von einem Akku mit 1,2V Nennspannung betrieben werden. Grund dafür ist die stetig sinkende Betriebsspannung in einer Batterie. Stattdessen hält der Innenwiderstand die Spannung des Akkus konstant auf 1,2V. Als Faustregel gilt: Je größer der Innenwiderstand, desto höher die Spannung. 

FAQ und Kaufkriterien für Akkus

Kapazitäten
Die Akkukapazitäten unterscheiden sich in differenzierten Laufzeiten. Je höher die angegebene Kapazität, desto länger die Laufzeit. 

Kann ein Akku falsch geladen werden?
Ja. Minderwertige Ladegeräte können den Akku schädigen. Optimale Ladegeräte verfügen über Kontroll-LEDs, einen eigenständigen Abschaltmechanismus und Temperatursensoren.

Was ist eine „Tiefenentladung“?
Tritt die Tiefenentladung ein, werden die Zellen mit den kleinstverbliebenen Kapazitäten umgepolt. Tiefenentladungen können Akkuzellen vollständig zerstören und unbrauchbar machen. Wiederaufladen mit einem speziellen Ladegerät kann die Funktionsfähigkeit der Akkuzellen regenerieren, allerdings in der Regel nicht zu 100 Prozent.

Muss die Temperatur während des Ladens beachtet werden?
Ja, während des Ladevorgangs dürfen die Akkus nicht heiß werden. Steigt die Temperatur auf 60 Grad Celsius oder darüber, ist der Akkumulator defekt oder überladen.

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