Die Techniken aufladbarer Batterien / Akkus

Über die Funktionsweise aufladbarer Energien gibt es viel Interessantes zu berichten. Wenn Sie mehr über die Technik aufladbarer Akkus / Batterien erfahren möchten, klicken Sie einfach auf einen der untenstehenden Punkte. Bitte beachten Sie, dass auf das Verwenden eines Fachvokabulars nicht verzichtet werden konnte, um ein tieferes Verständnis weitergeben zu können. 
 

   

Wie funktioniert eine Batterie?

Eine Batterie ist eigentlich ein Gefäß mit zwei Metall-Platten (Elektroden), das mit chemischen Stoffen gefüllt ist. Diese Stoffe beinhalten elektrisch geladene Ionen, womit Atome gemeint sind, die eine elektrische Ladung erhalten (oder abgeben an) Elektronen. Abhängig von der Batteriesorte können die Atome sich zu positiv geladene Ionen bei negativen Elektroden entwickeln, sowie umgekehrt bei positiven Elektroden zu negativ geladenen Ionen. Zurück


Die vier Teile einer Batterie

  • Eine negative Elektrode (Anode): Während des Aufladens nimmt die Anode Elektronen von dem externen Stromkreis auf. 
  • Eine positive Elektrode (Kathode): Während des Entladens gibt die Kathode Elektronen an den externen Stromkreis ab. 
  • Ein Separator: Trennt die Anode von der Kathode. Aber dieser nicht geladenden Kunststoff-Streifen (häufig Folie) muss dennoch porös genug sein, damit die Elektronen und Ionen durchgelassen werden können. 
  • Elektrolyt: eine geladenen dünne Schicht (häufig flüssig) sorgt dafür, dass die Elektronen schnell von der einen Elektrode zur anderen Elektrode fließen können. Zurück

 

Was passiert, wenn Sie eine Batterie anschließen?

Der Strom fließt nur dann, wenn die Batterie sich ein einen geschlossenen Stromkreislauf befindet, d.h. dass der Plus- und Minuspol miteinander verbunden sind, wie z.b. in einer Taschenlampe oder anderem Apparat. Erst dann startet eine elektrochemische Reaktion an der negativen Elektrode, die Elektronen produziert, während eine zweite Reaktion an der positiv geladenen Elektrode passiert, die Elektronen verbraucht. Beide Elektroden bestehen aus verschiedenen Materialien, die die Elektronen zu den jeweiligen Ausgängen strömen lassen. Denn der Separator verhindert, dass sich die Elektronen zwischen den Elektroden bewegen - das ist allein den Ionen vorbehalten. Die einzige Möglichkeit für die Elektronen von dem einen Pol zum anderen zu reisen, ist also über den externen Stromkreislauf. Wenn das geschieht, tritt ein Spannungsunterschied aufm wodurch der angeschlossene Apparat mit Strom versorgt wird. Zur gleichen Zeit passier im Inneren des Akkus noch das ein oder anderes. Die Elektronen, die von "außen" zur positiven Elektrode strömen, geben eine Reaktion ab, die wiederum bewirkt, dass die Ionen über die Elektrolyt-Schicht zur anderen Seite gelangen. An der negativen Elektrode findet dann die nächste Reaktion statt. Es entstehen erneut Elektronen, die nach außen in den Stromkreislauf gelangen. Dieser Prozess findet solange statt bis die Elektroden versagen und keine Reaktion mehr stattfindet. Dann können Sie davon ausgehen, dass Ihre Batterie richtig leer ist! Zurück

 

Aufladbare Batterien laden und entladen (vereinfachte Wiedergabe)

 Aufladbare Batterien laden und entladen

 

Die Ionen (rote Pluspunkte) gehen durch den Separator von der Kathode zur Anode und andersrum; die Elektronen (blaue Minuspunkte) gehen außen um den Akku herum, über den Apparat (werden entladen) oder Ladegerät (werden geladen). Die Stromrichtung geben die Ionen vor. 


Was passiert, wenn Sie eine Batterie aufladen?

Um eine wiederaufladbare Batterie aufzuladen, wird der zuvor beschriebene Prozess einfach umgekehrt! Die zugeführte Elektrizität wird wieder in eine chemische Reaktion umgesetzt. Das Ladegerät holt die negativ geladenen Elektronen von der positiven Elektrode ab und führt diese an die negative Elektrode zurück. Durch die Energie, die in der Batterie dringt, nehmen die aktiven Chemikalien wieder Ihren Ursprungszustand an. Zurück


Die verschiedenen Batteriesorten

Es gibt verschiedene Typen von Batterien, um die Abgabe von Energie möglichst effizient zu machen. Je nach Anwendung sind unterschiedliche Batterie-Technologien empfehlenswert. Klicken Sie auf einen der folgenden Punkte, um mehr über den einzelnen Batterietyp zu erfahren.

  • Lithium-Eisen
  • Lithium-Polymer (LiPol)
  • Lithium-Ionen (Li-Ion)
  • Nickel-Metallhydrid (NiMH)
  • Nickel-Cadmium (NiCd)
  • Bleisaeure

  • Batteriesorten - Vergleichstabelle

     

      Lithium-Polymer Lithium-Ion Nickel-Metalhydrid Nickel-Cadmium Bleisäure
    Anwendung Hauptsächlich in tragbaren kompakten Elektronikgeräten, (Mp3-SpielerHandys) Meistens in tragbaren Geräten, wie z.b. Digitalkameras, Handys, Notebooks, MP3-Spieler Digitalkameras, MP3-Spieler, Werkzeuge und Laptops Werkzeuge , Elektromotoren, Radios Autos, Boote, USV
    Anode Lithium-Metall Karbon (Kohlestoff) Metall-Legierung Cadmium Blei
    Kathode Lithium Lithium-Metalloxid Nckkel-hydroxid Nickel-Hydroxid Blei-Dioxid
    Elektrolyt Polymer-Gel Lithium-Salz Potassium-Hydroxid Potassiu-Hydroxid 35% Schwefelsäure - 65% Wasser oder Gel
    Kapazität 500-700 mAh 500-700 mAh 1000-2700 mAh 600-1000 mAh 1300-300000 mAh
    Ladedauer 1,5 h 2-4 uur 2-4 uur 1 uur 8-16 uur
    Aufladen Spezifisches LiPo-Ladegerät nötig. Batterie häufig aufladen. Konstante Ladespannung bis zu 4,2V pro Zelle. Keine Unterbrechungen beim Aufladen, Batterie bis zum vollständigen Laden im Ladegerät lassen, kühl aufbewahren. Akku nicht Temperaturen höher als 40°C aussetzen oder währenddessen laden. Schnelles Laden nicht möglich.  Spezifisches Li-ion Ladegerät nötig. Batterie häufig aufladen. Konstante Ladespannung bis zu 4,2V pro Zelle. Keine Unterbrechungen beim Aufladen, Batterie bis zum vollständigen Laden im Ladegerät lassen, kühl aufbewahren. Akku nicht hohen Temperaturen aussetzen oder währenddessen laden. Schnelles Laden nicht möglich.  Einmal alle 3 Monate vollständig entladen und wieder aufladen. Lassen Sie den Akku nicht länger als 2 Tage im Ladegerät, wegen des Memory-Effekts.  Akku nicht hohen Temperaturen aussetzen oder währenddessen laden. Schnelles Aufladen zu jederzeit möglich, auch mit Unterbrechungen. Einmal pro Monat vollständig entladen und wieder aufladen. Lassen Sie den Akku nicht länger als 2 Tage im Ladegerät, wegen des Memory-Effekts. Akku nicht hohen Temperaturen aussetzen oder währenddessen laden. Schnelles oder normales Aufladen zu jederzeit möglich, auch mit Unterbrechungen. Immer im voll aufgeladenem Zustand halten. Konstante Spanung von 2,4 V beim Laden, gefolgt durch Laden mit Unterbrechungen. Schnell laden nicht möglich. Permanentes Laden mit Unterbrechungen möglich. 
    Entladen Allzeit minimum 20% Kapazität behalten. Nie vollständig entladen. Der Akku funktioniert länger bei teilweiser Entladung und häufiger Ladung mit als bei vollständiger Entladung.  Allzeit minimum 20% Kapazität behalten. Nie vollständig entladen. Der Akku funktioniert länger bei teilweiser Entladung und häufiger Ladung mit als bei vollständiger Entladung. Am besten minimum 20% Kapazität behalten. Nicht zu häufig vollständig entladen/laden wegen Verschleiß.  Vollständig entladen ist nicht schädlich. NiCd ist betriebssicher.  Allzeit minimum 20% Kapazität behalten. Nie vollständig entladen. Der Akku funktioniert länger bei teilweiser Entladung und häufiger Ladung mit als bei vollständiger Entladung. 
    Selbstentladung pro Monat 5-10% 5-10% 30% 20% 5-10%
    Lebensdauer in Zyklen >500 >500 300-500 >1000 500-700
    Zellspannung 3,7V 3,7V 1,2V 1,2V 2V
    Energie-Dichte* 180 Wh/kg 140 Wh/kg 60-120 Wh/kg 45-80 Wh/kg 30-50 Wh/kg
    Aunahme-Vermögen** 300 W/kg 130 W/kg 175 W/kg 200 W/kg 75 W/kg
    nterner Widerstand (Ohm) 25-75Ω (3,6V) 100-130Ω (3,6V) 200-300Ω (6V) 100-200Ω (6V) <100Ω (12V)
    Kennmarken Niedrige Selbstentladung, hohe Energiedichte, zelfontlading, hoge energiedichtheid, teurer als NiMH und NiCd, nach gewisser Zeit Kapazitätsverlust, sicher bei hohen Temperaturen. Niedrige Selbstentladung, hohe Energiedichte, zelfontlading, hoge energiedichtheid, teurer als NiMH und NiCd, nach gewisser Zeit Kapazitätsverlust, sicher bei hohen Temperaturen. Kurze Lebensdauer, hohe Selbstentladung, vor allembei hohen Temperaturen. Enthällt giftige Metalle (Cadmium), erliegt schnell dem Memory-Effekt, hohe Selbstentladung, lange Lebensdauer. Nur geeignet für Anwendungen, wo das Gewicht keine Rolle spielt. Alleen geschikt voor toepassingen waar gewicht geen rol speelt. Unempfindlich gegenüber Hitze und Kälte, enthält das Schwermetall Blei.

     

    *   Die Energiedichte gibt an, wieviel Energie der Akku pro Kilo speichern kann. 
    ** Das Aufnahmevermögen gibt, wieviel Strom der Akku liefern kann. Zurück

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