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Grundlegendes

Kleine Akkukunde

1. Nickel-Cadmium-Akku


Der bekannteste Akku-Typ ist der NiCd-Akku, er ist der Urvater der Trockenakkus. Leider sind die Komponenten dieses Akkutyps ziemlich giftig und müssen als Sondermüll entsorgt werden. Ein großer Nachteil der NiCd-Akkus ist auch der auftretende sogenannte Memory-Effekt. Wird der Akku nicht definiert entladen und wiederaufgeladen, "merkt" sich die Zelle den jeweiligen Kapazitätszustand und läßt sich dann nicht mehr vollständig laden bzw. entladen. Ein, teilweise massiver, Kapazitätsverlust ist die Folge. Als Vorteil ist die Robustheit und der günstige Preis zu nennen.

Zellenaufbau
Eine NiCd-Zelle besteht aus einer positiven Sinterelektrode und einer negativen Elektrode. Das meist spiralförmig aufgewickelte Trägermaterial der Elektroden (Nickel und Cadmium) ist in einem zylindrischen Stahlblechgehäuse untergebracht. Ein Überdruckventil am Deckel des Gehäuses schützt bei Verpolung oder Überschreiten des Ladestroms.
Die Energieerzeugung erfolgt durch Austausch der Elektronen zwischen den Elektroden in der Elektrolytumgebung. Als Elekrolyt dient Kalilauge.

Richtiges Laden
Die von den meisten Herstellern mitgelieferten Billigladegeräte tragen zu einem schnellen Akkuverschleiß bei. Entgegenwirken kann man diesem Effekt durch moderne, "intelligente" Ladegeräte, die den Akku vor dem Laden definiert entladen. NiCd-Akkus werden mit 1/10 der Nennkapazität bei konstantem Strom ca. 14 Stunden geladen.
(Normalladung) Beispiel: Eine Mignonzelle (Typ AA)mit 500 mAh sollte 14 Stunden mit einem konstanten Strom von 50 mA geladen werden. Eine Überladung bis 1/10 der Kapazität ist in der Regel unbedenklich, sollte aber bei Zellen mit Masseelektroden vermieden werden. Die Erhaltungs- oder Pufferladung, d.h. die zulässige unbegrenzte Dauerladung darf maximal 1/20 der Zellenkapazität betragen. Beispiel: Eine Mignonzelle mit 500 mAh darf dauerhaft mit maximal 16-25 mA geladen werden. Eine Schnelladung darf nur bei Zellen mit Sinterelektroden durchgeführt werden. Es sollte darauf geachtet werden, dass der Akku nur bis zu seiner Nennkapazität vollgeladen wird. Vorher entlädt man die Zellen auf ca. 0,8 Volt Zellenspannung. Die Ladezeit in Stunden errechnet man, indem man die Kapazität in mAh durch den Ladestrom in mA dividiert und mit 1,4 multipliziert. Formel: (T=K:I * 1,4) Durch die Schnelladung erreicht eine Zelle nur ca. 85-95% ihrer Nennkapazität. Lädt man sie anschließend mit Normalladung 1-2 Stunden, so wird die volle Kapazität erreicht. Alle Angaben beziehen sich auf eine Umgebungstemperatur von 20 C. Höhere Temperaturen bedingen eine Erhöhung des Ladestroms, bei niedrigeren Temperaturen sollte der Ladestrom abgesenkt werden.

2. Nickel-Metall-Hydrid-Akku


Eine Weiterentwicklung des NiCd-Akkus ist der, immer noch relativ preiswerte, NiMH-Akku. Er kommt meist in Werkzeugakkus, im Modellbau, in Tauchlampen und in günstigeren Laptops zum Einsatz. Bei diesem Akkutyp ist der Memory-Effekt zwar deutlich geringer, aber immer noch vorhanden. In Sachen Umweltfreundlichkeit kann der NiMH-Akku punkten, er enthält wesentlich weniger giftige Inhaltsstoffe, als der NiCd-Akku. Nickel-Metallhydrid-Akkus besitzen eine höhere Energiedichte als NiCd-Akkus, d.h. es können höhere Kapazitäten bei gleichem Gewicht und Volumen erreicht werden. Die Zellenspannung beträgt wie beim NiCad 1,24 Volt.

Zellenaufbau
Anders als bei NiCd-Zellen, basiert die Energieerzeugung auf einer chemischen Reaktion von Wasserstoff und einer Nickelverbindung. Die negative Elektrode besteht aus einer wasserstoffspeichernden Metallegierung, die positive aus einer Nickellegierung. Da der Wasserstoff drucklos gespeichert wird, entfällt die Gefahr eines Überdrucks. Ein Nachteil der NiMH-Zelle ist die Empfindlichkeit gegen eine Überladung und die relativ hohe Selbstentladung.

3. Lithium-Ionen-Akku


Neue Maßstäbe in jeder Hinsicht setzt der seit Mitte 1990 erhältliche Li-Ion-Akku. Hinsichtlich der Speicherdichte, der Baugröße und des Gewichts ist dieser Typ fast unschlagbar, aber leider auch etwas teurer. Durch seine Zellenspannung von 3,6-3,8 Volt braucht man für viele Anwendungen nur noch eine Zelle. Ein Memory-Effekt ist praktisch nicht vorhanden, das Nachladen kann deshalb jederzeit, bei jedem Kapazitätszustand erfolgen. Ein Nachteil ist seine Explosionsgefahr. Aus diesem Grund darf ein Li-Ion-Akku niemals ohne Schutzbeschaltung betrieben werden. Ein weiterer kleiner Nachteil ist die Temperaturabhängigkeit einer solchen Zelle. Die empfohlene Betriebstemperatur beträgt 5-30 C, außerhalb dieses Bereichs ist die Kapazität dementsprechend geringer. Betrieb oder Lagerung bei hohen Temperaturen über eine längere Zeit fördern den Verschlei? (Alterung) der Zelle extrem.

Zellenaufbau
Das Funktionsprinzip einer Li-Ion-Zelle ähnelt der einer NiCd-Zelle. Die Energie wird ebenso durch Austausch der Elektronen zwischen den Elektroden erzeugt. Allerdings dient hier als Elektrolyt ein gelöstes Lithium-Salz, in dem während des Ladens Lithium-Ionen gespeichert werden. Die positive Elektrode besteht hier aus Kohlenstoff.

4. Blei-Gel-Akku



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