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Lithium Ionen Akku

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XTAR 18650 Akku 3500 mAh (geschützt)
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1 von 3

Ein Lithium Ionen Akku – in anderen Schreibweisen auch Lithiumionen Akku – charakterisiert sich durch eine hohe Energiedichte im Vergleich zu früheren Akkumulator-Typen, wie z. B. dem Nickel-Cadmium-Akkumulator. Dies hat zur Folge, dass mehr Energie bei gleichzeitig geringerem Gewicht des Akkus verfügbar ist. Aufgrund dieses Vorzugs haben die Lithium-Ionen-Akkus die in den 90er Jahren in Konsolen und Geräten üblichen Nickel-Cadmium-Akkus abgelöst. Darüber hinaus sind die höhere Lebensdauer und ökologische Aspekte weitere Gründe, weswegen Li-Ionen-Akkus in einer Vielzahl an Geräten vermehrt zum Einsatz kommen und der neue Akkumulator-Standard sind. Ein Blick in die Tiefe der Thematik zeigt, dass es mehrere Subtypen der Akkus gibt, die sich teils erheblich unterscheiden. Folglich ist eine Kaufentscheidung keineswegs einfach. Dieser Artikel klärt Sie vollumfassend über den Akkutypen auf.

Akku ist nicht gleich Akku

Der Begriff Lithium-Ionen-Akkumulator legt lediglich fest, dass im Akku Lithium-Ionen zwischen den Elektroden wandern. Welche Materialien an den Elektroden zum Einsatz kommen, variiert hingegen mit dem jeweiligen Typen des Li-Ionen-Akkus. Dementsprechend unterscheiden sich die einzelnen Ausführungen der Akkus voneinander. Dies wirkt sich auf Einsatzbereiche, technische Leistungsdaten und Vorsichtsmaßnahmen im Rahmen der Nutzung der Akkutypen aus.

Beispiel: Lithium-Kobaltoxid-Akkumulatoren weisen die bei weitem höchste Energiedichte aller Lithium-Akkutypen auf, aber bergen eine erhöhte Brandgefahr. Während die negative Elektrode, die Anode, wie bei fast allen Typen der Li-Ionen-Akkus aus Graphit besteht, setzt sich bei Lithium-Kobaltoxid-Akkumulatoren die positive Elektrode, die Kathode, aus dem gefährlichen Material Lithiumcobaltdioxid zusammen. Bei der Überschreitung einer kritischen Temperatur, die bei Überladung auftritt, wird reiner Sauerstoff freigesetzt, der in Kombination mit den Stoffen im Elektrolyten hoch brennbar ist. Dementsprechend ist bei der Nutzung von Lithium-Kobaltoxid-Akkumulatoren mehr als bei anderen Typen auf eine sachgemäße Nutzung mit Rücksicht auf Umgebungstemperatur und Ladeprozess des Akkus Rücksicht zu nehmen. Die Empfehlung, auf minimal 20 % der Akkukapazität zu entladen und auf maximal 80 % zu laden, gilt her besonders.

Welche Geräte nutzen Lithium Ionen Akkus?

Derzeit finden Lithium-Ionen-Akkus Einsatz in sämtlichen Bereichen, in denen Batterien erforderlich sind. Anfangs beschränkte sich die Nutzung auf die Geräte, für die Nickel-Cadmium- und Nickel-Metallhydrid-Akkus zu groß sind:

  • Smartphones

  • Tablets

  • Notebooks

  • Kameras

  • Tragbare Konsolen

  • Taschenlampen

  • Softairwaffen

 

Mit der Zeit kamen weitere Einsatzbereiche hinzu. Ein aktuell populärer und an Bedeutung zunehmender Sektor ist die Elektromobilität. Aus E-Autos, Pedelecs, Elektrorollstühlen sowie weiteren Geräten sind sie kaum mehr wegzudenken. Durch die hohe Energiedichte machen sie die Nutzung von E-Autos überhaupt erst lukrativ.

Weitere Nutzungszwecke erschlossen sich den Li-Ionen-Akkumulatoren im RC-Modellbau. Sowohl Auto-, Flug- und Schiffsmodelle sowie andere funkferngesteuerte Geräte werden beim Elektromotor entweder mit nicht wiederaufladbaren galvanischen Zellen oder mit Li-Ionen-Akkus ausgestattet.

Auch Flugzeuge sind auf Energie angewiesen, um den Betrieb sicherzustellen. Hierzu gibt es u. a. im Cockpit einen Platz für Batterien. Vor etwa sieben Jahren erregte die Boeing 787 mediales Aufsehen, als es zu mehreren Fällen kam, in denen die Akkumulatoren brannten oder durchschmorten. Dies war der speziellen Bauform der Li-Ionen-Akkus geschuldet, die vom bereits erwähnten Typen Lithium-Kobaltoxid-Akkumulator waren.

Verschiedene Arten von Akkus

Die Subtypen der Li-Ion-Akkus weisen Unterschiede in der kommerziellen Verbreitung, den empfohlenen Einsatzgebieten, ihrer Bauweise, der bereits erwähnten Energiedichte sowie weiteren Kriterien auf.

 

Typ

Verbreitung

Risiken

Besonderheiten

Energiedichte (in Wh/kg)

Lithium-Nickel-Mangan-Cobalt-Akkumulator (NMC)

Bei Antriebsbatterien häufig anzutreffen

Umweltschädlich aufgrund des vergleichsweise hohen Nickel-Anteils

Technisch gesehen sicherer und zugleich preiswerter als andere Typen

bis zu 150

Lithium-Nickel-Cobalt-Aluminium-Akkumulator (NMA)

Alternative zu den NMC-Antriebsbatterien, aber insgesamt weniger verbreitet

bei mechanischen Schäden ergeben sich Risiken

Hohe Energiedichte, lange Lebensdauer und höhere Umweltfreundlichkeit als die NMC-Variante

240 - 270

Lithium-Eisenphosphat-Akkumulator

Bei autonomen und kleineren Geräten manchmal vorhanden

keine signifikanten; außer bei mechanischen Schäden

Memory-Effekt als Kapazitätsverlust bei Teilentladungen des Akkus vorhanden (negativ für die Lebensdauer)

100 - 120

Lithium-Mangan-Akkumulator

Bei Hochstromeinsätzen üblich

Nur bei mechanischen Schäden durch Gewalteinwirkung

Geringerer Innenwiderstand

 

Lithiumtitanat-Akkumulator

Selten; ergibt aufgrund seiner Eigenschaften bei Einsätzen von Geräten in kalten Regionen Sinn

Keine vorhanden; selbst bei mechanischen Schäden gesichert

Lebensdauer des Akkus fällt besonders lang aus, weil die Bindung des Lithiums im Titanat die Entstehung einer schädigenden Oberflächenschicht verhindert

70 - 90

Lithium-Kobaltoxid-Akkumulator

Gering, weil auf Einsatzgebiete mit außerordentlich hohem Energiebedarf beschränkt

Gefährlich, weil Häufung unkontrollierbarer Reaktionen Brennbarkeit begünstigt 

Höchste Energiedichte aller Lithium-Akkus

bis zu 500

 

In der Tabelle ist ein Großteil der Subytpen vorhanden, die aktuell im Einsatz sind. Parallel gibt es weitere Typen, die aktuell auf Forschungszwecke beschränkt sind oder ein Nischendasein fristen. Neben der Unterteilung in die genannten Typen wird zwischen den Akkus anhand deren Bauweise unterschieden. Diesbezüglich sind die populärsten Typen die Lithium-Polymer-Akkumulatoren. Zentrales Merkmal dieser Typen ist die Gestaltung des Elektrolyten, der aufgrund des Aufbaus auf Polymerbasis vielfältige Möglichkeiten im Aufbau der Zelle bietet, wie z. B. die Bildung flacher Zellen. Meist sind die handelsüblichen Akkumulatoren ist mit einem Elektrolyten auf Polymer-Basis hergestellt.

Als ergänzende Informationen zur Tabelle sind sicherheits- und leistungstechnische Inhalte näher auszuführen. Dabei sei erwähnt, dass aufgrund der enthaltenen Materialien jeder Akkumulator-Typ Risiken für die Gesundheit aufweist, sofern er in den Körper gelangt. Zudem stehen NMC-Akkumulatoren verstärkt in dem Ruf, durch die Strahlung gesundheitsschädliche Wirkungen aufzuweisen, wobei von einem geringen Gefahrenpotenzial auszugehen ist. Bei einer ausreichenden Distanz zum Körper während des Ladeprozesses des Akkumulatoren sollte dieser Aspekt nicht allzu stark ins Gewicht fallen.

Hinsichtlich der Energiedichte ist es möglich, dass der tatsächliche Wert eines Akkumulatoren den in der Tabelle genannten Pauschalwert unterschreitet. Beim NMA-Akkumulator z. B. liegt die Energiedichte bei 240 bis 270 Wh/kg. Dies setzt aber voraus, dass es sich um zylindrische Akkumulatoren im 18650 Format handelt. Die Energiedichte ist tabellarisch aufgeführt, da sie besagt, wie viel Wattstunden pro Kilogramm (Wh/kg) Energie geliefert werden können. Je höher die Energie pro Kilogramm bei einem Akkumulator-Typen liegt, umso kleiner kann er bei gleichzeitig höherer Energiebereitstellung sein. Dies ist der Grund, weswegen bei Platzmangel in Geräten auf die riskanteren und zum Durchlaufen neigenden Lithium-Kobaltoxid-Akkumulatoren zurückgegriffen wird.

Hinweise zum Kauf eines Akkus

Auf der Suche nach einem neuen Akku stellt sich die Frage nach den eigenen Ansprüchen an dessen Leistung sowie dessen Kompatibilität mit dem jeweiligen Endgerät. Um die Berücksichtigung dieser Aspekte sicherzustellen, sind mitunter die folgenden Daten beim Kauf eines Lithium-Ionen-Akkus ausschlaggebend:

  • Zellbezeichnung

  • Amperestunden (Ah) und Wattstunden (Wh)

  • C-Rate

Die Zellbezeichnungerfolgt bei den handelsüblichen Li-Ionen-Akkumulatoren, die in einer zylindrischen Form verkauft werden, mittels einer fünfstelligen Zahl. Die ersten beiden Ziffern dieser Zahl geben Aufschluss über den Zelldurchmesser in Millimetern, die folgenden beiden Ziffern über die Länge der Zelle in Millimetern und die fünfte Ziffer hat keine Bedeutung. Die besonders weit verbreiteten 18650 Akkus haben demnach einen 18 Millimeter großen Zelldurchmesser und eine Zellenlänge von 65 Millimetern. Diese Akkus kommen in E-Autos, E-Zigaretten und Taschenlampen standardmäßig zum Einsatz. Für Sie ist die Bedeutung dieser Zahlen irrelevant. Sie müssen beim Kauf lediglich wissen, wie der Name der Zellbezeichnung ist und passend dazu den Akku aussuchen.

Zur Bewertung der Leistungsstärke eines Akkus eignen sich die Angaben Amperestunden (Ah) und Wattstunden (Wh) der Anbieter. Sie werden in Abhängigkeit von der Voltzahl (angegeben z. B. als 2 V) ermittelt und sagen aus, wie viel Stromstärke in Ampere (A) oder Watt (W) der Akku über die Dauer einer Stunde abgeben kann. Die Energiedichte mit den Wattstunden pro Kilogramm (Wh/kg) ist als Kaufkriterium für die Verbraucher irrelevant. Es handelt sich in der Forschung und in der Konzeption von Geräten um einen wichtigen Aspekt, um als Hersteller Akkus mit einer ausreichenden Energie in den Geräten zu verbauen, damit die Verbraucher in der Nutzung ohne häufiges Nachladen adäquat für den jeweiligen Zweck mit Energie versorgt sind.

Die C-Rate informiert darüber, wie stark die Belastung auf einem Akku maximal sein darf. Analog dazu gibt die Rate an, wie stark der Akku maximal entladen werden darf. Um die maximale Belastbarkeit zu ermitteln, muss die Nennkapazität mit der C-Rate multipliziert werden. Im Falle einer Nennkapazität von 2 Ah und einer C-Rate von 40 C würde dies bedeuten, dass der Akku maximal bis 80 Ampere entladen werden dürfte. In der Praxis ist diese Angabe in den meisten Fällen nicht notwendig, weil eine solch hohe Stromabgabe der Geräte aus technischen Gründen nicht möglich ist. Für die wenigen betroffenen Branchen bzw. Nutzer lohnt es sich dennoch, diese Zahl im Auge zu behalten.

FAQ

Wie funktioniert ein Lithium Ionen Akku?

Die beiden Elektroden eines Akkus, Kathode und Anode, werden durch einen Elektrolyten getrennt. Beim Entladen wandern Elektronen von der Anode zur Kathode, wodurch Strom fließt. Lithium Ionen aus der Anode wandern dafür als Ausgleich durch den Elektrolyten zur Kathode. Dort werden sie gespeichert. Beim Laden entsteht im Gegensatz zum Entladen Spannung von außen, die einen Elektronenüberschuss in der Anode zur Folge hat. Die Lithium Ionen wechseln die Elektrode, woraufhin sie in der Anode speichern, ehe sich beim Entladen im nächsten Einsatz derselbe beschriebene Kreislauf wiederholt. Lithium-Ionen haben einen Anteil von wenigen Prozent am Akku. Den Großteil des Akkus machen die stromleitenden Materialien sowie die Materialien der Kathode, Anode und des Elektrolyten aus. Die Anode besteht in der Regel aus Graphit, die Katode aus anderen Materialien oder Materialmischungen. Im Elektrolyten sind Lösungsmittel sowie das Leitsalz enthalten. Auf keinen Fall darf der Elektrolyt Wasser enthalten oder es darf sich darin Wasser bilden, weil es in diesem Fall zu einem Kurzschluss käme.

Wie viele Ladezyklen hat ein Lithium Ionen Akku?

Man geht bei einem Akku mit Lithium-Ionen von 500 bis 1.000 Ladezyklen aus. Nach Verbrauch dieser Ladezyklen ist die Lebensdauer des Li-Ionen-Akkus nicht vorbei. Er ist danach bis schätzungsweise 80 % seiner Akkukapazität aufladbar. Mit der Wahrnehmung weiterer Ladezyklen reduziert sich die Lebensdauer, sodass sich die Nutzung nicht mehr lohnt.

Wie viel Lithium ist im Handy Akku?

In den neuesten Smartphones werden wenige Gramm Lithium eingesetzt. Zum Vergleich: In einem Laptop sind es bereits 200 Gramm, während in einem E-Auto die Lithium-Ionen-Akkus bis zu 22 Kilogramm enthalten. Somit richtet sich die Menge an Lithium nach der Größe des Endgeräts und der erforderlichen Energie für dessen Betrieb. Demnach kommen die neuesten Foldables - also die faltbaren Smartphones - auf eine höhere Menge des Alkalimetalls als Smartphones mit kleineren Displays und weniger leistungsstarken Prozessoren.

Kann ein Lithium Ionen Akku auslaufen?

Im Gegensatz zu älteren Akkumulator-Technologien weisen Lithium-Ionen-Akkus nach ihrer Lebensdauer nicht das Risiko auf, auszulaufen. Der Elektrolyt besteht nämlich nicht aus einer korrosiven Säure. Allerdings kann es während der Nutzungszeit passieren, dass beim Einsatz sowie außerhalb des Einsatzes die Akkus auslaufen. Dies liegt an möglichen Konstruktionsfehlern der Geräte oder Akkus, unsachgemäßer Behandlung durch Anwender oder Gewalteinwirkung auf das Gerät. Sofern die Batterien heiß laufen, wenn Sie nicht geladen werden und das Gerät nicht in Nutzung ist, sollten Anwender dies als Warnhinweis auffassen. Dann ist es möglich, dass zuvor der Elektrolyt durch einen Unfall oder eine Form von Gewalteinwirkung ausgetreten ist. Derartige Schäden an Batterien gibt es bei den heutigen Technologien allerdings selten.

Welches Ladegerät kann ich zum Laden von Li-Ion Akkus verwenden?

Der Akkumulator fühlt sich am Besten zwischen 7 und 37 Grad, sowohl beim Laden und entladen. Ein Lithium-Ion Akkus sollte beim Laden nicht heißer als 40°C werden, hohe Temperaturen zerstören den Akku! Daher ist ein Laden bei hohen Temperaturen absolut zu vermeiden. Die Akkus werden mit konstant Spannung geladen der Ladestrom wird über die Elektronik vom Ladegerät überwacht und korrigiert. Die Ladeschlussspannung liegt bei 4,2 Volt (pro Zelle), werden die Akkus schon frühzeitiger aus dem Ladegerät entfernt, wird die Lebensdauer eines Akkus verlängert. 

Welche verschiednenen Akkugrößen gibt es und welche Kapazität ist realistisch?

Zellbe-
zeichnung
Realistische
Kapazität
Abmessungen
(ø × H in mm)
Bauform & Hinweise
10180 0,4Ah 10 × 18 wie 25 AAA-Zelle
10280 0,4Ah 10 × 28 wie 23 AAA-Zelle
10440 0,4Ah 10 × 44 wie AAA-Zelle
13450 0,7Ah 13 × 45 für E-Zigaretten
14250 0,3Ah 14 × 25 wie 12 AA-Zelle
14430 0,7Ah 14 × 43 wie 45 AA-Zelle
14500 0,8Ah 14 × 53 wie AA/Mignon Zelle
14650 1,6Ah 14 × 65  
16340 1,0Ah 16 × 34  
16500 1,2Ah 16 × 50  
16650 3,0Ah 16 × 65  
17500 1,2Ah 17,3 × 50 wie A-Zelle
17650 2,5Ah 17 × 65  
18350 1,2Ah 18 × 35  
18500 2,2Ah 18,3 × 49,8  
18650 3,5Ah 18,6 × 65,2 Elektroautos, E-Zigaretten, Taschenlampen
21700 5,0Ah 21 × 70 als Traktionsbatterien von Elektroautos
23430 5,2Ah 23 × 43 wie Sub-C-Zelle
25500 5,0Ah 24,3 × 49,2  
26500 4,0Ah 26 × 50 wie Baby/C-Zelle
26650 5,5Ah 26,5 × 65,4 für Elektroautos
32600 6,0Ah 32 × 61,9 wie Mono/D-Zelle
Ein Lithium Ionen Akku – in anderen Schreibweisen auch Lithiumionen Akku – charakterisiert sich durch eine hohe Energiedichte im Vergleich zu früheren Akkumulator-Typen, wie z. B. dem... mehr erfahren »
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Lithium Ionen Akku

Ein Lithium Ionen Akku – in anderen Schreibweisen auch Lithiumionen Akku – charakterisiert sich durch eine hohe Energiedichte im Vergleich zu früheren Akkumulator-Typen, wie z. B. dem Nickel-Cadmium-Akkumulator. Dies hat zur Folge, dass mehr Energie bei gleichzeitig geringerem Gewicht des Akkus verfügbar ist. Aufgrund dieses Vorzugs haben die Lithium-Ionen-Akkus die in den 90er Jahren in Konsolen und Geräten üblichen Nickel-Cadmium-Akkus abgelöst. Darüber hinaus sind die höhere Lebensdauer und ökologische Aspekte weitere Gründe, weswegen Li-Ionen-Akkus in einer Vielzahl an Geräten vermehrt zum Einsatz kommen und der neue Akkumulator-Standard sind. Ein Blick in die Tiefe der Thematik zeigt, dass es mehrere Subtypen der Akkus gibt, die sich teils erheblich unterscheiden. Folglich ist eine Kaufentscheidung keineswegs einfach. Dieser Artikel klärt Sie vollumfassend über den Akkutypen auf.

Akku ist nicht gleich Akku

Der Begriff Lithium-Ionen-Akkumulator legt lediglich fest, dass im Akku Lithium-Ionen zwischen den Elektroden wandern. Welche Materialien an den Elektroden zum Einsatz kommen, variiert hingegen mit dem jeweiligen Typen des Li-Ionen-Akkus. Dementsprechend unterscheiden sich die einzelnen Ausführungen der Akkus voneinander. Dies wirkt sich auf Einsatzbereiche, technische Leistungsdaten und Vorsichtsmaßnahmen im Rahmen der Nutzung der Akkutypen aus.

Beispiel: Lithium-Kobaltoxid-Akkumulatoren weisen die bei weitem höchste Energiedichte aller Lithium-Akkutypen auf, aber bergen eine erhöhte Brandgefahr. Während die negative Elektrode, die Anode, wie bei fast allen Typen der Li-Ionen-Akkus aus Graphit besteht, setzt sich bei Lithium-Kobaltoxid-Akkumulatoren die positive Elektrode, die Kathode, aus dem gefährlichen Material Lithiumcobaltdioxid zusammen. Bei der Überschreitung einer kritischen Temperatur, die bei Überladung auftritt, wird reiner Sauerstoff freigesetzt, der in Kombination mit den Stoffen im Elektrolyten hoch brennbar ist. Dementsprechend ist bei der Nutzung von Lithium-Kobaltoxid-Akkumulatoren mehr als bei anderen Typen auf eine sachgemäße Nutzung mit Rücksicht auf Umgebungstemperatur und Ladeprozess des Akkus Rücksicht zu nehmen. Die Empfehlung, auf minimal 20 % der Akkukapazität zu entladen und auf maximal 80 % zu laden, gilt her besonders.

Welche Geräte nutzen Lithium Ionen Akkus?

Derzeit finden Lithium-Ionen-Akkus Einsatz in sämtlichen Bereichen, in denen Batterien erforderlich sind. Anfangs beschränkte sich die Nutzung auf die Geräte, für die Nickel-Cadmium- und Nickel-Metallhydrid-Akkus zu groß sind:

  • Smartphones

  • Tablets

  • Notebooks

  • Kameras

  • Tragbare Konsolen

  • Taschenlampen

  • Softairwaffen

 

Mit der Zeit kamen weitere Einsatzbereiche hinzu. Ein aktuell populärer und an Bedeutung zunehmender Sektor ist die Elektromobilität. Aus E-Autos, Pedelecs, Elektrorollstühlen sowie weiteren Geräten sind sie kaum mehr wegzudenken. Durch die hohe Energiedichte machen sie die Nutzung von E-Autos überhaupt erst lukrativ.

Weitere Nutzungszwecke erschlossen sich den Li-Ionen-Akkumulatoren im RC-Modellbau. Sowohl Auto-, Flug- und Schiffsmodelle sowie andere funkferngesteuerte Geräte werden beim Elektromotor entweder mit nicht wiederaufladbaren galvanischen Zellen oder mit Li-Ionen-Akkus ausgestattet.

Auch Flugzeuge sind auf Energie angewiesen, um den Betrieb sicherzustellen. Hierzu gibt es u. a. im Cockpit einen Platz für Batterien. Vor etwa sieben Jahren erregte die Boeing 787 mediales Aufsehen, als es zu mehreren Fällen kam, in denen die Akkumulatoren brannten oder durchschmorten. Dies war der speziellen Bauform der Li-Ionen-Akkus geschuldet, die vom bereits erwähnten Typen Lithium-Kobaltoxid-Akkumulator waren.

Verschiedene Arten von Akkus

Die Subtypen der Li-Ion-Akkus weisen Unterschiede in der kommerziellen Verbreitung, den empfohlenen Einsatzgebieten, ihrer Bauweise, der bereits erwähnten Energiedichte sowie weiteren Kriterien auf.

 

Typ

Verbreitung

Risiken

Besonderheiten

Energiedichte (in Wh/kg)

Lithium-Nickel-Mangan-Cobalt-Akkumulator (NMC)

Bei Antriebsbatterien häufig anzutreffen

Umweltschädlich aufgrund des vergleichsweise hohen Nickel-Anteils

Technisch gesehen sicherer und zugleich preiswerter als andere Typen

bis zu 150

Lithium-Nickel-Cobalt-Aluminium-Akkumulator (NMA)

Alternative zu den NMC-Antriebsbatterien, aber insgesamt weniger verbreitet

bei mechanischen Schäden ergeben sich Risiken

Hohe Energiedichte, lange Lebensdauer und höhere Umweltfreundlichkeit als die NMC-Variante

240 - 270

Lithium-Eisenphosphat-Akkumulator

Bei autonomen und kleineren Geräten manchmal vorhanden

keine signifikanten; außer bei mechanischen Schäden

Memory-Effekt als Kapazitätsverlust bei Teilentladungen des Akkus vorhanden (negativ für die Lebensdauer)

100 - 120

Lithium-Mangan-Akkumulator

Bei Hochstromeinsätzen üblich

Nur bei mechanischen Schäden durch Gewalteinwirkung

Geringerer Innenwiderstand

 

Lithiumtitanat-Akkumulator

Selten; ergibt aufgrund seiner Eigenschaften bei Einsätzen von Geräten in kalten Regionen Sinn

Keine vorhanden; selbst bei mechanischen Schäden gesichert

Lebensdauer des Akkus fällt besonders lang aus, weil die Bindung des Lithiums im Titanat die Entstehung einer schädigenden Oberflächenschicht verhindert

70 - 90

Lithium-Kobaltoxid-Akkumulator

Gering, weil auf Einsatzgebiete mit außerordentlich hohem Energiebedarf beschränkt

Gefährlich, weil Häufung unkontrollierbarer Reaktionen Brennbarkeit begünstigt 

Höchste Energiedichte aller Lithium-Akkus

bis zu 500

 

In der Tabelle ist ein Großteil der Subytpen vorhanden, die aktuell im Einsatz sind. Parallel gibt es weitere Typen, die aktuell auf Forschungszwecke beschränkt sind oder ein Nischendasein fristen. Neben der Unterteilung in die genannten Typen wird zwischen den Akkus anhand deren Bauweise unterschieden. Diesbezüglich sind die populärsten Typen die Lithium-Polymer-Akkumulatoren. Zentrales Merkmal dieser Typen ist die Gestaltung des Elektrolyten, der aufgrund des Aufbaus auf Polymerbasis vielfältige Möglichkeiten im Aufbau der Zelle bietet, wie z. B. die Bildung flacher Zellen. Meist sind die handelsüblichen Akkumulatoren ist mit einem Elektrolyten auf Polymer-Basis hergestellt.

Als ergänzende Informationen zur Tabelle sind sicherheits- und leistungstechnische Inhalte näher auszuführen. Dabei sei erwähnt, dass aufgrund der enthaltenen Materialien jeder Akkumulator-Typ Risiken für die Gesundheit aufweist, sofern er in den Körper gelangt. Zudem stehen NMC-Akkumulatoren verstärkt in dem Ruf, durch die Strahlung gesundheitsschädliche Wirkungen aufzuweisen, wobei von einem geringen Gefahrenpotenzial auszugehen ist. Bei einer ausreichenden Distanz zum Körper während des Ladeprozesses des Akkumulatoren sollte dieser Aspekt nicht allzu stark ins Gewicht fallen.

Hinsichtlich der Energiedichte ist es möglich, dass der tatsächliche Wert eines Akkumulatoren den in der Tabelle genannten Pauschalwert unterschreitet. Beim NMA-Akkumulator z. B. liegt die Energiedichte bei 240 bis 270 Wh/kg. Dies setzt aber voraus, dass es sich um zylindrische Akkumulatoren im 18650 Format handelt. Die Energiedichte ist tabellarisch aufgeführt, da sie besagt, wie viel Wattstunden pro Kilogramm (Wh/kg) Energie geliefert werden können. Je höher die Energie pro Kilogramm bei einem Akkumulator-Typen liegt, umso kleiner kann er bei gleichzeitig höherer Energiebereitstellung sein. Dies ist der Grund, weswegen bei Platzmangel in Geräten auf die riskanteren und zum Durchlaufen neigenden Lithium-Kobaltoxid-Akkumulatoren zurückgegriffen wird.

Hinweise zum Kauf eines Akkus

Auf der Suche nach einem neuen Akku stellt sich die Frage nach den eigenen Ansprüchen an dessen Leistung sowie dessen Kompatibilität mit dem jeweiligen Endgerät. Um die Berücksichtigung dieser Aspekte sicherzustellen, sind mitunter die folgenden Daten beim Kauf eines Lithium-Ionen-Akkus ausschlaggebend:

  • Zellbezeichnung

  • Amperestunden (Ah) und Wattstunden (Wh)

  • C-Rate

Die Zellbezeichnungerfolgt bei den handelsüblichen Li-Ionen-Akkumulatoren, die in einer zylindrischen Form verkauft werden, mittels einer fünfstelligen Zahl. Die ersten beiden Ziffern dieser Zahl geben Aufschluss über den Zelldurchmesser in Millimetern, die folgenden beiden Ziffern über die Länge der Zelle in Millimetern und die fünfte Ziffer hat keine Bedeutung. Die besonders weit verbreiteten 18650 Akkus haben demnach einen 18 Millimeter großen Zelldurchmesser und eine Zellenlänge von 65 Millimetern. Diese Akkus kommen in E-Autos, E-Zigaretten und Taschenlampen standardmäßig zum Einsatz. Für Sie ist die Bedeutung dieser Zahlen irrelevant. Sie müssen beim Kauf lediglich wissen, wie der Name der Zellbezeichnung ist und passend dazu den Akku aussuchen.

Zur Bewertung der Leistungsstärke eines Akkus eignen sich die Angaben Amperestunden (Ah) und Wattstunden (Wh) der Anbieter. Sie werden in Abhängigkeit von der Voltzahl (angegeben z. B. als 2 V) ermittelt und sagen aus, wie viel Stromstärke in Ampere (A) oder Watt (W) der Akku über die Dauer einer Stunde abgeben kann. Die Energiedichte mit den Wattstunden pro Kilogramm (Wh/kg) ist als Kaufkriterium für die Verbraucher irrelevant. Es handelt sich in der Forschung und in der Konzeption von Geräten um einen wichtigen Aspekt, um als Hersteller Akkus mit einer ausreichenden Energie in den Geräten zu verbauen, damit die Verbraucher in der Nutzung ohne häufiges Nachladen adäquat für den jeweiligen Zweck mit Energie versorgt sind.

Die C-Rate informiert darüber, wie stark die Belastung auf einem Akku maximal sein darf. Analog dazu gibt die Rate an, wie stark der Akku maximal entladen werden darf. Um die maximale Belastbarkeit zu ermitteln, muss die Nennkapazität mit der C-Rate multipliziert werden. Im Falle einer Nennkapazität von 2 Ah und einer C-Rate von 40 C würde dies bedeuten, dass der Akku maximal bis 80 Ampere entladen werden dürfte. In der Praxis ist diese Angabe in den meisten Fällen nicht notwendig, weil eine solch hohe Stromabgabe der Geräte aus technischen Gründen nicht möglich ist. Für die wenigen betroffenen Branchen bzw. Nutzer lohnt es sich dennoch, diese Zahl im Auge zu behalten.

FAQ

Wie funktioniert ein Lithium Ionen Akku?

Die beiden Elektroden eines Akkus, Kathode und Anode, werden durch einen Elektrolyten getrennt. Beim Entladen wandern Elektronen von der Anode zur Kathode, wodurch Strom fließt. Lithium Ionen aus der Anode wandern dafür als Ausgleich durch den Elektrolyten zur Kathode. Dort werden sie gespeichert. Beim Laden entsteht im Gegensatz zum Entladen Spannung von außen, die einen Elektronenüberschuss in der Anode zur Folge hat. Die Lithium Ionen wechseln die Elektrode, woraufhin sie in der Anode speichern, ehe sich beim Entladen im nächsten Einsatz derselbe beschriebene Kreislauf wiederholt. Lithium-Ionen haben einen Anteil von wenigen Prozent am Akku. Den Großteil des Akkus machen die stromleitenden Materialien sowie die Materialien der Kathode, Anode und des Elektrolyten aus. Die Anode besteht in der Regel aus Graphit, die Katode aus anderen Materialien oder Materialmischungen. Im Elektrolyten sind Lösungsmittel sowie das Leitsalz enthalten. Auf keinen Fall darf der Elektrolyt Wasser enthalten oder es darf sich darin Wasser bilden, weil es in diesem Fall zu einem Kurzschluss käme.

Wie viele Ladezyklen hat ein Lithium Ionen Akku?

Man geht bei einem Akku mit Lithium-Ionen von 500 bis 1.000 Ladezyklen aus. Nach Verbrauch dieser Ladezyklen ist die Lebensdauer des Li-Ionen-Akkus nicht vorbei. Er ist danach bis schätzungsweise 80 % seiner Akkukapazität aufladbar. Mit der Wahrnehmung weiterer Ladezyklen reduziert sich die Lebensdauer, sodass sich die Nutzung nicht mehr lohnt.

Wie viel Lithium ist im Handy Akku?

In den neuesten Smartphones werden wenige Gramm Lithium eingesetzt. Zum Vergleich: In einem Laptop sind es bereits 200 Gramm, während in einem E-Auto die Lithium-Ionen-Akkus bis zu 22 Kilogramm enthalten. Somit richtet sich die Menge an Lithium nach der Größe des Endgeräts und der erforderlichen Energie für dessen Betrieb. Demnach kommen die neuesten Foldables - also die faltbaren Smartphones - auf eine höhere Menge des Alkalimetalls als Smartphones mit kleineren Displays und weniger leistungsstarken Prozessoren.

Kann ein Lithium Ionen Akku auslaufen?

Im Gegensatz zu älteren Akkumulator-Technologien weisen Lithium-Ionen-Akkus nach ihrer Lebensdauer nicht das Risiko auf, auszulaufen. Der Elektrolyt besteht nämlich nicht aus einer korrosiven Säure. Allerdings kann es während der Nutzungszeit passieren, dass beim Einsatz sowie außerhalb des Einsatzes die Akkus auslaufen. Dies liegt an möglichen Konstruktionsfehlern der Geräte oder Akkus, unsachgemäßer Behandlung durch Anwender oder Gewalteinwirkung auf das Gerät. Sofern die Batterien heiß laufen, wenn Sie nicht geladen werden und das Gerät nicht in Nutzung ist, sollten Anwender dies als Warnhinweis auffassen. Dann ist es möglich, dass zuvor der Elektrolyt durch einen Unfall oder eine Form von Gewalteinwirkung ausgetreten ist. Derartige Schäden an Batterien gibt es bei den heutigen Technologien allerdings selten.

Welches Ladegerät kann ich zum Laden von Li-Ion Akkus verwenden?

Der Akkumulator fühlt sich am Besten zwischen 7 und 37 Grad, sowohl beim Laden und entladen. Ein Lithium-Ion Akkus sollte beim Laden nicht heißer als 40°C werden, hohe Temperaturen zerstören den Akku! Daher ist ein Laden bei hohen Temperaturen absolut zu vermeiden. Die Akkus werden mit konstant Spannung geladen der Ladestrom wird über die Elektronik vom Ladegerät überwacht und korrigiert. Die Ladeschlussspannung liegt bei 4,2 Volt (pro Zelle), werden die Akkus schon frühzeitiger aus dem Ladegerät entfernt, wird die Lebensdauer eines Akkus verlängert. 

Welche verschiednenen Akkugrößen gibt es und welche Kapazität ist realistisch?

Zellbe-
zeichnung
Realistische
Kapazität
Abmessungen
(ø × H in mm)
Bauform & Hinweise
10180 0,4Ah 10 × 18 wie 25 AAA-Zelle
10280 0,4Ah 10 × 28 wie 23 AAA-Zelle
10440 0,4Ah 10 × 44 wie AAA-Zelle
13450 0,7Ah 13 × 45 für E-Zigaretten
14250 0,3Ah 14 × 25 wie 12 AA-Zelle
14430 0,7Ah 14 × 43 wie 45 AA-Zelle
14500 0,8Ah 14 × 53 wie AA/Mignon Zelle
14650 1,6Ah 14 × 65  
16340 1,0Ah 16 × 34  
16500 1,2Ah 16 × 50  
16650 3,0Ah 16 × 65  
17500 1,2Ah 17,3 × 50 wie A-Zelle
17650 2,5Ah 17 × 65  
18350 1,2Ah 18 × 35  
18500 2,2Ah 18,3 × 49,8  
18650 3,5Ah 18,6 × 65,2 Elektroautos, E-Zigaretten, Taschenlampen
21700 5,0Ah 21 × 70 als Traktionsbatterien von Elektroautos
23430 5,2Ah 23 × 43 wie Sub-C-Zelle
25500 5,0Ah 24,3 × 49,2  
26500 4,0Ah 26 × 50 wie Baby/C-Zelle
26650 5,5Ah 26,5 × 65,4 für Elektroautos
32600 6,0Ah 32 × 61,9 wie Mono/D-Zelle
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