Advertisement

Lithium-Ionen-Akku – das muss man wissen

Lithium-Ionen-Akku Symbolbild
Blick auf ein Lithium-Ionen-Akku eines Smartphones
Advertisement


Lithium-Ionen-Akku – hier wird weder das Unwort des Jahres gekürt, noch werden elektrotechnische Basics vermittelt, sondern es wird ein Begriff verdeutlicht. Es handelt sich um jenen Bestandteil eines elektrisch betriebenen Kraftfahrzeugs, der es wie die Autobatterie eines Diesel oder Benziners mit Energie versorgt. Es ist derjenige Akku, der sich in qualitativer Hinsicht gegenüber anderen abhebt.

Von allen dahingehenden Innovationen setzten sich die Lithium-Ionen-Akkumulatoren aufgrund ihrer hohen Leistungsfähigkeit als Spitzenreiter durch. Sie sind die kleinsten ihrer Art und doch bringen sie die meiste „Power“ mit sich. So wird auch der Trend in der Produktion am besten umschrieben: klein, kompakt und leistungsstark. Im Vergleich zu anderen Akkus haben sie schlicht die höchste Energiedichte. Diese wird vom sogenannten Kathodenmaterial bestimmt. Wer es genau wissen will: Es wird Kobaltoxid eingesetzt.

Es gibt, wie oben angesprochen, mehrere Typen der Akkumulatoren für Elektroautos, kurz „Akkus“, welche anstelle der guten, alten Auto-Batterie treten. Jene, die auf Basis von Lithium-Verbindungen wirken, werden in der Fachsprache auch Lithiumionen-Sekundärbatterie genannt. Gemeint ist dabei dasselbe. Allerdings nur, wenn diese Verbindungen in allen Phasen wirken und nicht nur ergänzend eingesetzt werden. Heute kann man sagen, dass Lithium-Ionen Akku die gängige Bezeichnung darstellt.

Auch unter den Lithium Ionen Akku selber gibt es mehrere Arten hinsichtlich des chemischen Aufbaus. Unser Begriff ist daher lediglich ein Oberbegriff, der noch weitere Einteilungsmöglichkeiten bietet – diese jedoch sind für den Endverbraucher nicht direkt von Bedeutung. Durchsetzen konnten sich Lithium-Cobaltdioxid-Akkumulatoren, genannt Lithium-Polymer-Akku. Ihre Zellen sind hermetisch betrachtet verschlossen, womit ein von der Umgebung unabhängiger Betrieb gewährleistet wird. Von minus 20° bis plus 60° Celsius sind sie demnach einsatzfähig. Da die Temperaturen aber hohen Einfluss auf ihre Lebensdauer haben, gibt es Dinge, die zu berücksichtigen sind.

Lithium-Ionen-Akku: Eine Neuheit?

Was vielleicht noch für den Einen oder Anderen utopisch klingen mag, ist längst in unseren Alltag eingezogen. Diese hohe Energie-Dichte, also vollste Leistung auf kleinstmöglichen Raum, hat sich bei mobilen Geräten längst etabliert. Und zwar im Rahmen der Mobiltelefonie, also den Smartphones, Tablets, Notebooks und Digitalkameras. Und nunmehr auch bei Kraftfahrzeugen. Kurz gesagt: Das Prinzip an sich ist alles andere als neu – neu ist aber der massenhafte Einsatz im Individualverkehr.

In den letzten Jahren wurden betreffend der Haltbarkeit und Sicherheit von Lithium-Ionen-Akkus viele Verbesserungen möglich. Heute befinden sie sich, verglichen mit dem Zustand vor noch einigen Jahren, auf einem hohen Level. Ihre Kenndaten beziehen sich auf die Zellenspannung, Lade- und Entschlussspannung, Temperaturempfindlichkeit und maximalen Lade- und Entladestrom. Das hängt ab von den Elektrodenmaterialien und Elektrolyten.

Lithium Ionen Akku – Was sollte der Endverbraucher über die Wirkungsweise wissen?

Lithium-Ionen sind klein und beweglich. Sie sind die Ladungsträger im System. Als Lösungsmittel werden Elektrolyte eingesetzt. Wasser wäre aufgrund der Reaktionen nicht möglich. Ein Elektrolyt ist jedoch brennbar. Bei fehlerhaften Produkten kann es sich entzünden – das führte in der Vergangenheit zu einigen Rückrufaktionen. Mittlerweile kann man solche Vorkommnisse aber genauso ausschließen wie bei anderen etablierten Produkten auch.

Die genauen Abläufe müssen an dieser Stelle nicht geschildert werden. Gewisse Begriffe sollte man aber kennen. Etwa was hier mit einem „Zyklus“ gemeint ist: Er bezeichnet die Zeitspanne zwischen einer Aufladung und seiner vollständigen Entleerung.

Die ersten Lithium-Ionen-Akkus für Autos gaben oft schon nach einem bis drei Jahren ihren Geist auf. Es konnte zwischenzeitlich festgestellt werden, dass es dabei nicht an der Anzahl der Zyklen lag, sondern schlicht an den Lagerbedingungen. Denn es entstehen sogenannte „parasitäre“ chemische Verbindungen auch bei der bloßen Lagerung. Aus ihnen ergibt sich bereits ein schleichender Kapazitätsverlust.

Lithium-Ionen Akku – Wie erkenne ich ein hochwertiges Produkt?

Art und Qualität der Lithium-Ionen Akkus bestimmen heute die Lebensdauer. Der dritte Faktor liegt aber in der Hand des Verbrauchers. Der richtigen Wartung ist deshalb eine hohe Bedeutung beizumessen, wenn man seinen Lithium-Ionen-Akku möglichst lange – und ohne Kapazitätsverluste – verwenden will. Einige Tipps haben erwiesenermaßen eine hohe Wirkung auf die Lebensdauer. Diese betreffen einerseits den Ladezustand währen der Ruheposition, andererseits die Umgebungstemperaturen. Es sind also keine umständlichen Aktionen erforderlich und es ist auch keine Fremdhilfe nötig.

Als „Nachteil“ gilt der Preis des Lithium-Ionen-Akku, so wie immer, wenn eine Neuheit die Märkte erst erobern muss. Sie sind auch empfindlicher als ihr Pendant, die Autobatterie. Bei der richtigen Behandlung kommt diese erhöhte Sensibilität aber nicht zum Tragen. Ihre Lebensdauer beträgt nunmehr rund 5 Jahre. Mit Kapazitätsverlusten gegen Ende ist dennoch zu rechnen.

Der angeführte Kapazitätsverlust des Lithium-Ionen-Akku ist nicht davon abhängig, wie oft diese Zyklen während der Lebensdauer durchgeführt werden – also gilt hier ein anderes Verhältnis wie beim typischen Verschleißteil eines Autos. Solche leben je nach Häufigkeit der Benutzung kürzer oder länger. Man spricht beim Lithium Ionen Akku von einer kalendarischen Lebensdauer. Oxidierende Elektroden und chemische Veränderungen der Elektrolyten sind die Ursachen für „Alterung“. Diesen Prozessen vorzubeugen ist das Ziel bei der Wartung.

Erhöhung der Lebensdauer durch richtige Wartung

Vorab ist zu sagen, dass es Unterschiede je nach Hersteller gibt. „Allgemein gültige“ Tipps, online oder in Zeitschriften, sollte man immer vorerst mit den Angaben abgleichen. Manche Lithium-Ionen-Akku s ermöglichen etwas höhere Kapazitäten, welche doch reduzierend auf die Zyklen-Anzahl wirkt. Das betrifft jedoch nicht die handelsüblichen Arten.

Die richtigen Rahmenbedingungen bei Lagerung des Lithium-Ionen-Akku

  • Eine vollständige Ladung strapaziert die Zellenspannung – ideal ist ein Ladestand zwischen 55 und 75 %
  • Selbständige Entladung richtet sich nach der Umgebungstemperatur – zwischen 1 % bei 5° Celsius und 30 % bei 20° Celsius – dies gilt allerdings nur als Richtschnur.
  • Bei 15° Celsius werden 60 % und Nachladungen empfohlen
  • Gelförmige oder flüssige Elektrolyten dürfen nicht gefrieren – also nicht bei minus 25° Celsius lagern

Umgebungs- und Betriebstemperatur darauf gilt es zu achten

  • Kälte bewirkt ein Absinken der Leistung, weil die chemischen Prozesse langsamer vonstattengehen.
  • Ab  -25° Celsius können außerdem Elektrolyten frieren – empfohlen wird hier, unabhängig der Herstellerangaben, diese Grenze nicht zu überschreiten sofern es keine speziellen Arten betrifft, welche extra dafür konstruiert worden sind.

Temperatur während der Ladung

  • Kälte während des Ladevorgangs geht mit einer vorzeitigen Alterung einher, die nicht mehr zu kompensieren ist. Unter 0° Celsius ist daher zu vermeiden.
  • Hitze bedingt eine Zersetzung von Elektrolyten, welche ihrerseits für eine Schicht auf der Anode verursachen. Das betrifft zwar nicht alle Systeme, sollte aber bei handelsüblichen Akkus bedacht werden.
  • Eine allgemeingültige Grenze wird hier nicht genannt, zumal oftmals andere Faktoren, wie etwa die Entladerate, mitspielen.

Heute setzen unerwünschte, chemische Reaktionen langsamer und sind weniger intensiv als früher bei Lithium-Ionen-Akku. Man kann sich mittlerweile bezüglich der Lebensdauer schon sehr gut an den angegebenen Zyklen orientieren. Vorsicht ist geboten bei Importen – die Zeit, bis das Produkt beim Endverbraucher landet, fällt in den Lebenszyklus.

Must do: Recycling des Lithium-Ionen-Akku

Lithium-Ionen-Akkus sind hoch giftig. Die Entsorgung muss zu einem Recycling-Vorgang führen. Das Lithium wird in der Produktion wieder benötigt. Kobalt, Nickel, Aluminium und Kupfer sind weitere Werkstoffe, welche zur Notwendigkeit sauberer Maßnahmen führen. Es wurden hierzu komplexe Recycling-Systeme geschaffen.

85 Kommentare

  1. Warum setzt man in der Automobilindustrie zum Antrieb von Elektrofahrzeugen nicht endlich die Flusszellen-Technologie wie zum Beispiel von Nanoflowcell ein? Diese ist umweltfreundlich, die Hardware ist voll recyclingfähig und die ionische Flüssigkeit bei der Flusszellen-Batterie ist toxikologisch unbedenklich. Diese sind einmalige Vorteile gegenüber der Technologie mit Lithium-Ionen-Akkus und eine echte Alternative!

Schreibe einen Kommentar

Deine E-Mail-Adresse wird nicht veröffentlicht. Erforderliche Felder sind mit * markiert.