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Wussten Sie schon...

... dass Lithium-Ionen Akkus klein, leicht, leistungsfähig und sehr effektiv sind?

Warum sind Lithium-Ionen-Akkus derzeit in aller Munde?

Kleine, leichte und vor allem mobile Geräte werden immer beliebter. Seien es Handys, Notebooks oder seit einiger Zeit auch Gartengeräte. Sie alle wollen mit Strom versorgt sein, doch auch bei letzteren werden Elektrokabel zunehmend als lästig empfunden. Daher werden leistungsfähige und verlässliche Akkus immer wichtiger. In jüngster Zeit haben sich auch bei Gartengeräten moderne Lithium-Ionen-Akkus etabliert. Ihr besonderer Vorteil: Sie kennen den störenden Memory-Effekt früherer Akku-Generationen nicht und sind somit jederzeit einsatzbereit. Doch wie funktioniert dieser kompakte Akku, der außerdem noch eine geringe Selbstentladung besitzt?

Wie funktionieren Lithium-Ionen-Akkus?

Wie der Name schon sagt, ist der Lithium-Ionen-Akku ein Akkumulator auf der Basis des Leichtmetalls Lithium. Im Gegensatz zur Lithium-Batterie ist der Akku jedoch wiederaufladbar. Er beinhaltet eine Kombination empfindlicher chemischer Komponenten mit unterschiedlicher elektrischer Ladung, die sehr schnell reagieren können. Die positiv und negativ geladenen Chemikalien werden dabei ausschließlich durch eine hauchdünne Kunststoff-Trennwand voneinander separiert.

Lithium-Ion-Akkus werden auch Swing-, Shuttle- oder Ionentransfer-Batterien genannt. Diese Bezeichnungen geben das Grundprinzip dieses Akkumulatortyps wieder: Die Lade- und Entladeprozesse bewirken im Wesentlichen nur einen Transfer von Lithium-Ionen, also den elektrisch geladenen Lithium-Atomen, zwischen den beiden Elektroden. Beim Ladevorgang des Akkus werden die Lithium-Ionen in eine Graphitebene, die aus Kohlenstoff besteht, eingelagert. Bei der Entladung wandern die Ionen wieder zurück. Das Wandern der Ionen erzeugt eine elektromagnetische Kraft, die den Fluss der Elektronen steuert. In Li-Ion-Akkus besteht der Pluspol aus Lithiummetalloxid und der Minuspol aus Kohlenstoff.

Und was bedeutet der Memory-Effekt?

Die Kapazität eines Lithium-Ionen-Akkus reduziert sich auch ohne Benutzung mit der Zeit, hauptsächlich durch die ausbeuterische Reaktion des Lithiums mit den Elektrolyten. Diesen Vorgang nennt man Selbstentladung. Er kommt bei allen Akkutypen vor, ist bei Lithium-Ionen jedoch wesentlich geringer als bei älteren Typen.

Einen Memory-Effekt gibt es bei Lithium-Ionen-Akkus nicht. Bei den älteren Nickel-Cadmium-Akkus (NiCd) führte eine häufige Teilentadung dazu, dass der Akku sich den benötigten Energiebedarf für die Wiederaufladung „merkte“ und nicht mehr seine volle Kapazität zur Verfügung stellte. Lithium-Ionen-Akkus hingegen können jeder Zeit - bei geringer Selbstentladung - bis zu ihrer vollen Kapazität wiederaufgeladen werden. Damit sind sie einfach in der Handhabung und trotz ihrer hohen Kapazität sind sie klein und leicht. Darüber hinaus sind sie mittlerweile auch in höheren Leistungsklassen zu erschwinglichen Preisen erhältlich, was ihren Einsatz auch für größere Geräte mit hohem Energiebedarf ermöglicht.

Warum gibt es so eine gute Technologie erst jetzt?

Obwohl Lithium-Ionen-Akkus theoretisch bereits Anfang des 20. Jahrhunderts bekannt waren, konnten sie lange Zeit nicht eingesetzt werden. Die Vorzüge von Lithium als Elektrodenmaterial waren schon früh bekannt und bereits 1938 gab es eine Lithium-Schwefeldioxid-Batterie bzw. 1969 eine Lithium-Thinoychlorid-Batterie. Lithium-Ionen-Akkus reagierten aber noch sehr empfindlich auf falsche Behandlung und waren daher für den Alltagsgebrauch nicht geeignet. Erst 1995 Jedoch wurde der erste Lithium-Ionen-Akkumulator durch die Firma Sony auf den Markt gebracht. Die chemischen Vorgänge im Akku werden heute mit einer Elektronik, einem Battery Management and Monitoring System (BMS), gesteuert. Diese dient zum Schutz gegen Tiefentladung, Überladung und thermische Überlastung. Neben der aufwändigen Ladeelektronik verfügen Lithium-Ionen-Akkus über besonders druckfeste Gehäuse, was sie um etwa 30 Prozent teurer macht als Akkus aus Nickelmetallhydrid (NiMH).

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