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Der Akku: Aufbau und Funktion im Überblick

Der Aufbau eines Akkus

Im Handel erhält man verschiedene Akkutypen, der grundlegende Aufbau der Akkus unterscheidet sich jedoch nicht voneinander. Ein Akku besitzt zwei Elektroden, die sich in einem speziellen Elektrolyt befinden. Der Elektrolyt ist entweder eine flüssige Lösung, ein Gel oder ein Feststoff. Für die Elektroden und den Elektrolyt kommen heutzutage verschiedene chemische Stoffe zum Einsatz. Man unterscheidet hierbei:

  • Blei Akkus
  • Nickel-Cadmium Akkus (NiCd)
  • Nickel-Metallhybrid Akkus (NiMH)
  • Lithium-Ion Akku (LiIon)

Der Blei Akku

Beim Blei Akku bestehen beide Elektroden aus Blei. Da der Blei-Akku kurzzeitig eine verhältnismäßig hohe Stromstärke liefert, wird er vor allem in Fahrzeugen als Starterbatterie eingesetzt. Vorteilhaft ist auch, dass er eine besonders hohe Zyklenstabilität aufweist. Denn hier wird das Ent- und Aufladen direkt in den Elektroden vorgenommen. Dadurch besitzt der Blei Akku eine Lebenszeit von bis zu 2000 Zyklen. Zusätzlich weist er eine geringe Selbstentladung auf und kann auch eine Überladung überstehen.

Der Nickel-Cadmium Akku

Dieser Akkutyp ist in der EU bis auf einige Ausnahmen verboten. Zugelassen ist er zum Beispiel bei Elektrowerkzeugen oder im medizinischen Bereich. Beim Nickel-Cadmium Akku besteht die negative Elektrode aus Cadmium und die positive aus Nickel(III)-oxidhydroxid. Zusätzlich werden Graphit und weitere Metalle hinzugegeben, welche die Leitfähigkeit erhöhen, aber beim Ladevorgang nicht reagieren. Als Elektrolyt dient bei diesem Akku eine zwanzigprozentige Kaliumhydroxid-Lösung. Der Nickel-Cadmium Akku ist überaus haltbar, schnell aufladbar und kälteresistent.

Der Nickel-Metallhybrid Akku

Nickel-Metallhybrid Akku[/caption] Beim Nickel-Metallhybrid Akku enthält die positive Elektrode Nickel(III)Oxyhydrat und die negative ein Metallhybrid. Der Nickel-Metallhybrid Akku ist cadmiumfrei und somit umweltfreundlich. Im Gegensatz zum Nickel-Cadmium Akku schaden diesem Akkutyp Überladung, falsche Polung, Tiefentladung und Überhitzung. Zudem ist er nicht für einen Betrieb unter null Grad geeignet. Größter Nachteil ist die hohe Selbstentladung. Bereits nach vier Wochen büßt der Nickel-Metallhybrid Akku bis zu 50 Prozent seiner Ladung ein.

Der Lithium-Ion Akku

Beim Lithium-Ion Akku besteht die positive Elektrode in der Regel aus Lithium-Metalloxid, während die negative Elektrode aus Graphit gefertigt ist. Damit die positive Elektrode die während des Entladens von der negativen Elektrode abgegebenen Lithium-Ionen aufnehmen kann, muss diese aus einem besonders leichten Material bestehen. Der Lithium-Ion Akku verfügt über eine überaus hohe Energiedichte und es gibt hier auch keinen Memory-Effekt, den man von zahlreichen anderen Akku-Arten her kennt. Zudem verfügt er über eine sehr geringe Selbstentladung, wobei hierfür jedoch eine korrekte Lagerung erforderlich ist. Lithium-Ion Akkus kommen vorzugsweise in Notebooks zum Einsatz. Wird ein Lithium-Ion Akku zu hohen Temperaturen ausgesetzt, wird seine Lebensdauer mitunter drastisch herabgesetzt.

Die Funktionsweise eines Akkus

Die Funktionsweise eines Akkus[/caption] Wird ein Akku geladen, fließt Strom durch denselben, woraufhin im Inneren des Akkus eine chemische Reaktion stattfindet und sich sowohl die positive als auch die negative Elektrode chemisch verändern. Je nach Akkutyp kann diese chemische Reaktion unterschiedlich ausfallen. Ist der Akku vollständig aufgeladen, kann man diesem den soeben zugeführten Strom wieder entnehmen. Hierbei kommt es ebenfalls wieder zu einer chemischen Reaktion, allerdings in umgekehrter Reihefolge als beim Ladevorgang. Dem Akku kann schließlich solange Strom entnommen werden, bis innerhalb des Akkus keinerlei chemische Reaktion mehr stattfindet. Im besten Fall liefert ein Akku genau die gleiche Menge Strom, wie man diesem während des Ladevorgangs zugeführt hat. In der Theorie liegt der Wirkungsgrad bei 100 Prozent. Die Praxis hingegen sieht jedoch anders aus, denn tatsächlich liegt der Wirkungsgrad eines Akkus bei etwa 70 bis etwas unter 100 Prozent. Dies bedeutet, dass man dem Akku beim Ladevorgang etwas mehr Strom zuführen muss, als später wieder entnommen werden kann. Akkus haben die Angewohnheit, irgendwann nicht mehr über ausreichend Elektrodenmaterial zu verfügen, sogenannte Elektrolyte, welches für eine chemische Reaktion notwendig ist. Dies ist der Zeitpunkt, zu dem der Akku nicht mehr aufgeladen werden kann. Sobald dieser Zeitpunkt erreicht wurde, kommt es im Inneren des Akkus zu unerwünschten chemischen Reaktionen, wie etwa zu einer chemischen Zersetzung des Elektrodenmaterials. Die meisten Akkus verfügen über flüssige Elektrolyte, in denen schließlich das enthaltene Wasser in die Bestandteile Sauerstoff und Wasserstoff aufgespaltet wird. Eine solche Elektrolyse bewirkt in der Regel eine Verringerung der nutzbaren Kapazität des Akkus. Zudem kann ein Akku bei extremer Überladung mitunter explodieren, da es im Inneren zu einem Überdruck kommt. Hierfür haben viele Hersteller allerdings entsprechende Vorkehrungen getroffen, wie etwa mittels einer Sollbruchstelle oder eines Überdruckventils. Besser ist es jedoch, die Aufladung des Akkus nach erfolgter vollständiger Ladung sofort zu beenden. Die Funktionsweise eines Akkus: Gemeinfreies Werk

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