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Wiederaufladbare Batterien sein elektrochemisch Zellen, die fließen Versorgung mit tragbaren und mobilen Geräten. Im Gegensatz zu gewöhnlichen Batterien Sie können durch Anschließen einer elektrischen Spannungsquelle aufgeladen werden, wodurch die chemischen Prozesse in der Batterie in entgegengesetzter Richtung zum Entladen ablaufen. Es handelt sich also eigentlich nicht um Batterien, sondern um Batterie-Ersatzbatterien. Das bedeutet, dass die Abmessungen den Standardbatterien entsprechen müssen, ebenso wie die Spannung. Die externe Spannungsquelle ist Akkuladegerät oder einfach Ladegerät genannt.

Die Batterietechnologie hat sich in den letzten Jahrzehnten enorm weiterentwickelt und auch deshalb Laptops und Mobiltelefone möglich geworden. Für diese Anwendungen werden Batterien mit vollständig versiegelten Trockenzellen verwendet. Heute ist ein Akku der wichtigste Bestandteil eines part Elektroauto.

Batterieladegerät in einer Steckdose

Batterieersatz

Die ersten Typen von Akku-Ersatzbatterien basierten auf Nickel-Cadmium. Eine Nickel-Cadmium-Zelle hat eine deutlich niedrigere Spannung (1,2 V) als die herkömmliche Batterie auf Zinkbasis (1,5 V). Allerdings ist die Spannung beim Einsatz der Zinkzelle in der Praxis geringer. Als Ergebnis war die Nickel-Cadmium-Zelle einigermaßen zufriedenstellend. Für anspruchsvolle Anwendungen, für die Alkalibatterien empfohlen werden, beispielsweise in Digitalkameras, waren sie schlecht zu gebrauchen. Die neueren Nickelhydrid-Akkus haben eine etwas höhere Spannung (über 1,4 V) und können überall erfolgreich eingesetzt werden. Übrigens werden Nickel-Cadmium-Batterien wegen ihrer hohen Toxizität immer seltener verwendet. Als Batterieersatz können die neueren Lithium-Ionen-Akkus überhaupt nicht verwendet werden, ebenso wenig Blei-Akkus, da die Spannung viel zu hoch ist.

Arten von Batterien

In der Reihenfolge steigender Kompaktheit und Preis sind dies:

Einige Geräte (z.B. Telefone) werden mit einem Akkupack nach Herstellerangaben geliefert. Ersatz ist oft teuer. Ein solcher Batterieblock enthält jedoch häufig NiCd- oder NiMH-Akkus der Standardgröße.

Blei-Säure-Batterie

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Blei-Säure-Batterie aus einem Auto een

Der älteste noch verwendete Batterietyp ist der is Blei-Säure-Batterie, auch Blei-Schwefelsäure-Batterie oder Blei-Säure-Batterie genannt. Da die Spannung nicht der von Standardbatterien entspricht, kann sie nicht als Ersatz für eine Einwegbatterie verwendet werden. Die Blei-Säure-Batterie ist eine Nassbatterie und enthält Flüssigkeiten in unverschlossenen Behältern, daher sollte die Batterie jederzeit aufrecht stehen. Der Raum, in dem sich die Batterie befindet, muss wegen der explosiv Kombination von Sauerstoff und Wasserstoff freigegeben, wenn der Akku überladen ist. Außerdem ist die Blei-Säure-Batterie im Verhältnis zur Energiemenge, die sie bereitstellen kann, relativ schwer. Die Energiedichte dieses Batterietyps ist die niedrigste aller Akkus: 30 Wh/kg. Auch die Leistungsdichte ist am niedrigsten: 75 W/kg Akku. Die Energiedichte gibt an, wie viel Energie pro Kilogramm Batterie gespeichert werden kann, und die Leistungsdichte bezieht sich auf die Leistung, die die Batterie pro Kilogramm liefern kann. Bei der Blei-Säure-Batterie sind beide nicht groß, trotzdem ist dieser Batterietyp weit verbreitet, hauptsächlich wegen der geringen Produktionskosten und der großen elektrischen Stromstärke, die er liefern kann. Eine teurere Art von Blei-Säure-Batterie, die Gel-Batterie, enthält ein Elektrolyt die immobilisiert ist in Form von Gel.

Nickel-Cadmium (NiCd)

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Einzelne NiCd-Batterien

Der NiCd-Akku ist ein Trockenakku, d.h. es befinden sich keine Flüssigkeiten im Akku. Ein großer Nachteil von NiCd-Akkus ist die Verwendung der giftigen Cadmium.

Die NiCd-Akkus können – je nach Schaltung – unter dem sogenannten Memory-Effekt.

Die beiden größten Vorteile von Cadmium-Batterien sind die längere Lebensdauer als andere Batterien und der höchste Strom, der geliefert werden kann. Cadmium-Akkus eignen sich beispielsweise gut für den Einsatz in Elektrowerkzeugen mit stark geladenem Akku Elektromotor. Die Energiedichte von NiCd-Akkus beträgt 50 Wh/kg. Die Leistungsdichte dieses Batterietyps ist sehr hoch: 200 W/kg. Ab 2006 wurden immer weniger NiCd-Akkus verwendet, sondern NiMH-Akkus.

Nickel-Metallhydrid (NiMH)

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Einzelne NiMH-Akkus

NiMH-Akku

Die NiMH-Akkus halten zu niedrigen und zu hohen Temperaturen nicht stand. Bei niedrigen Temperaturen verliert der Akku seine Ladung und bei hohen Temperaturen wird der Akku beschädigt. Die Temperatur, bei der dies geschieht, hängt stark von der Marke und der Qualität ab. Es ist besser, einen NiMH-Akku nicht vollständig zu entladen. Bei elektronischen Geräten ist dies kein Problem, da sich diese Geräte rechtzeitig abschalten, aber mit einer Taschenlampe mit Glühbirne kann der Akku komplett entladen werden. Bei normalem Gebrauch hält der NiMH-Akku weniger als ein NiCd-Akku. Die Energiedichte von Ni-MH-Akkus liegt zwischen der von NiCd-Akkus und Li-Ionen-Akkus: 60 Wh/kg. Die Leistungsdichte ist die niedrigste der drei Typen: 175 W/kg.

Die ersten NiMH-Akkus konnten wenig Strom liefern und hatten eine geringe Kapazität. In den Jahren 2000 bis 2006 haben sich Kapazität und zu liefernde Leistung bei gleich großen Batterien deutlich verbessert. Batteriezellen mit einer Kapazität von 15 Ah wurden verfügbar.

Da die normalen NiMH- und NiCd-Akkus eine relativ große Selbstentladung haben, sind sie nicht für Geräte geeignet, die nur wenig Strom verbrauchen (zB Fernbedienungen und Uhren). Allerdings gibt es seit 2008 mehrere Typen dieser NiMH-Akkus mit einer deutlich geringeren Selbstentladung, oft auch mit dem englischen Oberbegriff „low self-discharge“ oder der Abkürzung „LSD“ bezeichnet, die für diese Art von Anwendung geeignet sind. Beispiele für LSD-NiMH-Akkus sind die Recyko-Serie des Herstellers GP, die Eneloop-Serie des Herstellers Sanyo, die Imedion-Serie von Maha. Die LSD-Varianten können übrigens einfach in einem handelsüblichen NiMH-Ladegerät geladen werden. Ein geladener LSD-NiMH-Akku hat nach einem Jahr Nichtbenutzung noch etwa 85 Prozent seiner ursprünglichen Kapazität zur Verfügung, während ein normaler NiMH durch Selbstentladung bis dahin komplett leer ist.

Lithium-Ionen (Li-Ionen)

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Der Li-Ionen-Akku kann mehr Ladung aufnehmen als die NiCd- und NiMH-Akkus. Die größte Energiemenge kann pro Kilogramm Batterie gespeichert werden (140 Wh/kg). Im Labor lässt sich der Li-Ionen-Akku auch deutlich häufiger in einem Testaufbau laden. Eine teurere Konstruktion mit einem Polymer hat noch bessere Eigenschaften. Insbesondere die Leistungsdichte ist deutlich höher: 300 W/kg. Dadurch kann in kurzer Zeit viel Energie bereitgestellt werden.

In der Praxis scheint das Li-Ion jedoch anfällig zu sein. Viele Geräte verfügen über einen eingebauten Lithium-Ionen-Akku. Wenn der Akku kaputt geht, lohnt es sich nicht immer, einen neuen Akku zu kaufen, denn aufgrund der chemischen Zusammensetzung können sich Li-Ionen-Akkus bei einem Defekt spontan entzünden. Bei diesem Vorgang wird Sauerstoff freigesetzt, der erhebliche Stichfeuer verursachen kann. Bei Verwendung des Original-Ladegeräts für den Li-Ion-Akku und der bestimmungsgemäßen Verwendung des Akkus ist die Beschädigungsgefahr jedoch sehr gering Ein weiterer (weniger bekannter) Nachteil ist, dass der Li-Ion-Akku bereits an Kapazität verliert , direkt nach der Herstellung. Bei 25 Grad Celsius sind dies ca. 20 % pro Jahr und bei höheren Temperaturen nimmt diese zu. Aufgrund dieses chemischen Zerfalls hält beispielsweise ein Laptop-Akku nur 3 bis 5 Jahre.

Natrium-Schwefel (NaS)

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Es verfügt über einen Festelektrolyten und flüssige Elektroden. Die Elektroden bestehen aus Natrium (minus) und Schwefel (plus). Der Elektrolyt besteht aus Aluminium und Natriumoxid.Dieser Akku kann unbegrenzt geladen und entladen werden, ohne seine Lebensdauer zu verkürzen.

Ein großer Nachteil besteht jedoch darin, dass die Batterie auch bei Nichtgebrauch auf einer hohen Temperatur von mindestens 300 Grad gehalten werden muss, weshalb die Batterie mit Widerstandsdrähten ausgestattet ist, die von der Batterie selbst gespeist werden müssen. Dass der Akku dadurch eine hohe Selbstentladung hat, versteht sich von selbst.

Siehe auch

• Batteriepack
• Akkuladegerät
• Superkondensator
• Silber-Zink-Batterie

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