Wissenswertes zur Akku-Technologie
Philipp Berg (M. Sc.), Mitarbeiter am Lehrstuhl für elektrische Energiespeichertechnik an der Technischen Universität München, erklärt im folgenden Experteninterview alles Wissenswerte rund um die Akku-Technologie:
Können Sie, Herr Berg, eine Begriffserklärung zum Akku geben?
Akku ist die Kurzbezeichnung für Akkumulator, abgeleitet aus dem lateinischen accumulare, also anhäufen. Man versteht hierunter einen wiederaufladbaren Speicher für elektrische Energie. Übrigens: Im modernen Sprachgebrauch und bei der aktuellen Lithium-Ionen-Technologie wird oft der Begriff Batterie verwendet. Man kann sogar beobachten, dass der Begriff Akku(-mulator) tendenziell an Bedeutung verliert.
Wie funktioniert ein Akku?
Ein Akku basiert auf dem Transport von Ionen zwischen den Elektroden. Es gibt immer eine positive sowie eine negative Elektrode. Die positive wird üblicherweise Kathode genannt, während die Anode die negative Elektrode darstellt. Diese sind durch einen Elektrolyten, also ein Ionenleiter, und meist einen Separator (trennt die Elektroden) gesondert. Elektrolyt und Separator verhindern den direkten Kontakt und den elektrischen Ladungsausgleich zwischen den Elektroden – da das einen Kurzschluss darstellen würde. Beim Entladen werden an der Grenzfläche Anode-Elektrolyt Elektronen frei, die über einen äußeren Stromkreis zur Kathode fließen. Durch einen Ionenfluss durch den Elektrolyten wird der Stromkreis geschlossen. Somit können die freiwerdenden Elektronen als elektrische Energie genutzt werden. Wird der Akku geladen, kehren sich die Prozesse um und die Ionen wandern in die entgegengesetzte Richtung.
Warum bedeuten hohe Voltzahlen, mit denen Anbieter von Gartengeräten werben, nicht gleichzeitig mehr Leistung?
Weder Volt noch Wattstunden beschreiben eine Leistung. Volt ist die Einheit für Spannung, Wattstunden die Einheit für Energie.
1. Hohe Voltzahlen sind per se weder gut noch schlecht. Höhere Spannungen erlauben geringere Kabelquerschnitte und damit Kosten- und Gewichtersparnisse beim Material. Hohe Spannungen (die genauen Grenzen sind in entsprechenden Normen definiert), sind für den Menschen wiederum gefährlicher und benötigen höheren Schutz.
2. Wattstunden sind die Multiplikation von Spannung und Kapazität (Volt x Amperestunden) und beschrieben den Energieinhalt und damit auch die Betriebsdauer bis ein Nachladen erforderlich wird. Leistung wird in Watt definiert. Fazit: Eine Aussage über die Leistung lässt sich ausschließlich durch eine Angabe in Watt oder die kombinierte Angabe von Spannung und zulässigem Strom treffen (siehe nächste Frage). Alles andere ist oder kann irreführend sein.
Auf was muss man als Endverbraucher beim Kauf eines leistungsstarken Akku-Geräts achten?
Von den Voltzahlen lässt sich nicht auf eine höhere Betriebsdauer schließen, da diese formelmäßig nicht betrachtet wird. Hersteller z.B. von Gartengeräten werben bei Ihren Akku-Produkten mit hohen Voltzahlen – was aber nicht gleichbedeutend mit langer Betriebsdauer ist!
Empfehlung: Achten Sie beim Kauf auf die angegeben Kapazität in Amperestunden (AH); eine höhere Amperestundenzahl ist gleichbedeutend mit einer längeren Betriebsdauer bzw. Energiehalt des Akkus.
Lang lebe der Akku: Aber nur wie? Können Sie was über Lebensdauer, Ladearten, Sicherheit und Pflege von Akkus sagen?
Standard-Ladeverfahren bei Lithium-Ionen-Akkus ist eine sogenannte Konstantstrom-Konstantspannungs-Ladung, da sowohl zu hohe Ströme als auch zu hohe Spannungen den Akku oder auch den Benutzer gefährden können. Hierbei wird der Akku mit konstantem Strom bis zum Erreichen der maximalen Spannung geladen und anschließend die Spannung gehalten. Unter dem Stichwort Zyklenzahl bzw. –festigkeit fällt alles, was die Lebensdauer eines Akkus bestimmt. Dieser Richtwert gilt unter Idealbedingungen. Ein Zyklus ist ein Lade- und Entladevorgang, der Vollzyklus ist ein Entladen bis zu einem definierten Endpunkt mit anschließendem Aufladen.
Nun gibt es wiederum unterschiedliche Ladearten: Soll ein Akku teilweise, ganz oder über den Zeitpunkt seiner Vollladung hinaus geladen werden, spricht man entsprechend von Teil-, Voll- und Überladung. Je nach Empfehlung des Herstellers ist der Akku schon unter 100, oft bei zirka 80 Prozent, fertig geladen. Bei der Lagerung bevorzugt man tendenziell niedrige Temperaturen von ca. 15°C und mittlere Ladezustände. Im Betrieb sind etwas höhere Temperaturen von 25°C - 40°C hilfreich, da der Widerstand hierdurch reduziert wird. Wie bereits angesprochen, ist jedoch eine allgemeingültige Aussage immer mit etwas Vorsicht zu betrachten, da es heutzutage nicht mehr den einen Akku gibt. Grundsätzlich sollten Akkus keinen zu hohen Temperaturen und keinen außergewöhnlichen mechanischen Belastungen ausgesetzt werden, um das Risiko eines sicherheitskritischen Fehlers zu minimieren.
Warum setzt die neueste Technologie auf Akkus?
In modernen Geräten wird Mobilität immer wichtiger, nicht immer will man hier kabelgebunden sein. Außerdem spielt im Rahmen des Klimaschutzes und der Energiewende die elektrische Energie eine tragende Rolle, da sie regenerativ erzeugbar ist. Ob nun für die Abkehr vom Benzin im Automobilsektor oder in der stationären Speicherung von Energie zum Ausgleich von Windschwankungen und Sonnenzyklen, ohne leistungsstarke Energiespeicher ist keine Energiewende möglich.
Weitere Informationen rund um das neue Akku-System „Energyflex“ von AL-KO erhalten Sie unter www.al-ko.com/