Akkumulator

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Ein Akku (Akkumulator) ist eine über ein Ladegerät wiederaufladbare und somit wiederverwendbare Spannungsquelle (Batterie in unterschiedlicher Bauform), bei der die elektrische Energie aus einer elektrochemischen Reaktion gewonnen wird.

Inhaltsverzeichnis

Aufbau und Funktionsweise

Der Akkumulator besteht aus zwei Elektroden (Kathode und Anode), die sich in einem Elektrolyt (Festsubstanz oder Flüssigkeit) befinden. Das Elektrolyt sorgt hierbei für den Transport der Ionen, welche bei der chemischen Reaktion mit den Elektroden abgegeben bzw. aufgenommen werden. Ein Ladungstransfer innerhalb des Akkus ist immer mit einem Stromfluss außerhalb des Akkus verbunden.

Die chemische Reaktion an der Kathode hängt unmittelbar mit dem äußeren Stromfluss zusammen. Der Ladungsausgleich erfolgt mittels Kationen über das Elektrolyt. Dabei gibt die Anode den Stromfluss durch Umwandlung von Anionen in Elektronen nach außen ab.

Arten von Akkumulatoren

Die bekanntesten eingesetzten Akkus sind:

  • der Blei-Akku
  • der NiCd-Akku
  • der NiMH-Akku
  • der LiIon-Akku.

Daneben gibt es noch den auf der Basis des LiIon-Akku aufbauenden LiPol-Akku.

Blei-Akku

Der Blei-Akku ist der klassische, in der Automotive-Technik (Verkehrsmittel wie Kraftfahrzeuge, Schienenfahrzeuge, Landmaschinen, Schiffe oder Flugzeuge) eingesetzte Akku.

Er besteht aus:

  • einer positiven Elektrode, welche durch Bleidioxid (PbO2) gebildet wird
  • einer negativen Blei-Elektrode (Pb)
  • einem Elektrolyt aus verdünnter Schwefelsäure

Zur Vergrößerung der Elektrodenfläche haben diese eine gitterförmige Struktur. Blei-Akkus können kurzfristig mit hoher Stromentnahme belastet werden. Wegen des relativ großen Gewichts und der geringen Selbstentladung werden Blei-Akkus auch in Alarmanlagen, USV-Systemen und stationären Sende- und Empfangseinrichtungen eingesetzt.

NiCd-Akku

Beim NiCd-Akku (Nickel Cadmium Akku) handelt es sich um einen robusten Akku, welcher sich durch gute Leistungsdaten auszeichnet. Er ist tiefentladefähig, überladbar und hat im entladenen Zustand eine lange Haltbarkeit sowie Lebensdauer.

Der NiCd-Akku besteht aus :

  • einer positiven Elektrode aus Nickelhydroxyd
  • einer negativen aus Cadmium (Cd)
  • einem Elektrolyt aus Kaliumhydroxid (KOH)

NiMH-Akku

Der Nickelmetallhydrid-Akkus (NiMH-Akku) ist ein leistungsfähiger Akkumulator, der in elektronischen Kleingeräten wie Digitalkameras, Handys, Palmtops usw. eingesetzt wird. Er kann bis zu 1.000-mal nachgeladen werden.

NiMH-Akkus können hohe und konstante Ströme über einen längeren Zeitraum erzeugen.

Sie bestehen aus:

  • einer negative Elektrode ( Anode) aus einem Metallhydrid-Pulver (dient als Wasserstoffspeicher)
  • einer positiven Elektrode (Kathode) aus einem Nickeloxydhydrat-Blech

Lithiumionen-Akku

Lithiumionen-Akkus (LiIon-Akku) zeichnen sich durch ihre hohe Energiedichte aus, sind thermisch stabil, haben eine konstante Ausgangsspannung über den gesamten Entladezeitraum, eine lange Lebensdauer und kennen keinen Memory-Effekt.

Der LiIon-Akku besteht aus:

  • einer die Anode aus einer Kupferfolie beschichtet mit einer Graphitverbindung
  • einer positiven Kathode aus einer Lithiumverbindung ( Kobalt-, Mangan- oder Nickel-Oxyd).
  • einem Elektrolyt aus gelöstem Lithiumsalz.

Je nachdem, ob der Elektrolyt flüssig oder fest ist, spricht man von Lithium-Ionen-Akkus oder Lithium-Polymer-Akkus. Lithiumionen-Akkus können über 1.000-mal ge- und entladen werden und werden als leistungsfähige Energiequellen in Handhelds, Palmtops, Notebooks und Handys eingesetzt.

Lithium-Polymer-Akku

Lithium-Polymer-Akkus (LiPol-Akku) haben gegenüber Lithiumionen-Akkus den Vorteil einer um ca. 20 % höheren Energiedichte. Zudem haben sie einen höheren Explosionsschutz und bessere Auslaufeigenschaften. Das hängt mit dem Elektrolyt zusammen, welches kunstoffähnliche Eigenschaften hat.

Der LiPol-Akku besteht aus:

  • einer negativer Anode aus einer Graphitverbindung
  • einer Kathode aus einer Lithiumverbindung (Kobalt, Mangan oder einer Nickel-Verbindung)

Das Dielektrikum (Isolator aus nichtleitendem Material) ist auf Polymerbasis aus Folie aufgebaut. Die beiden Elektroden und das Dielektrikum sind als extrem dünne Folien ausgeführt und können wie ein Folienkondensator gewickelt oder in andere Formen gepresst werden. Dadurch erreichen Lithium-Polymer-Akkus eine sehr hohe Kompaktheit. Die Leistungs- und Energiedichte liegt höher als bei allen anderen Akkus.

Eine kompakte Bauweise, höhere Leistungsdichte, hohe Standby-Zeit und das Fehlen des Memory-Effektes zeichnen sich Lithium-Polymer-Akkus aus. Sie sind allerdings empfindlich in Bezug auf Überladung, Tiefentladung und zu hohe oder niedrige Temperaturen.

Akkus pflegen, aber richtig

Weiterführende Infos zu Akkus und dem Umgang damit findet man auch unter :

http://wiki.winboard.org/index.php/Akkus_pflegen%2C_aber_richtig

http://wiki.winboard.org/images/3/3c/Akkus_pflegen.pdf