Batterietechnik: Trends bei Primär- und Sekundärzellen

Batterietechnik: Trends bei Primär- und Sekundärzellen

Bei Nickel-Metallhydrid-Akkus (NiMH) wurde das schädliche Cadmium durch eine Metalllegierung ersetzt, die in der Lage ist, Wasserstoff zu absorbieren. Gegenüber herkömmlichen NiCd-Akkus bieten sie eine bis zu 40 Prozent längere Betriebszeit sowie eine höhere Energiedichte und Kapazität, erreichen aber nicht dieselbe Strombelastbarkeit – bei hohen Strömen sinkt die nutzbare Kapazität merklich. Außerdem verlieren herkömmliche NiMH-Akkus im Laufe eines Monats bis zu 25 Prozent ihrer gespeicherten Energie. Eine Alternative bieten verbesserte NiMH-Akkumulatoren, die vorgeladen angeboten werden. Sie können sofort eingesetzt werden, erlauben eine höhere Leistungsabgabe und bieten eine niedrigere Selbstentladungsrate – selbst nach einem Jahr ist noch eine Kapazität von 25 Prozent verfügbar.

Lithium-Ionen-Akkus

Die Lithium-Ionen-Technik ist eine der vielversprechendsten Batterie-Bauarten mit einer potentiellen jährlichen Wachstumsrate bis zu 11 Prozent. Akkuhersteller verbessern ihre Li-Ionen-Zellen stetig und führen inzwischen etwa alle sechs Monate neue chemische Verbindungen ein. Mankos sind jedoch immer noch die relativ aufwendige Herstellung und die damit verbundenen Kosten.

Verglichen mit NiCd-Akkus ist die Energiedichte von Li-Ionen-Akkus etwa doppelt so hoch, mit Potential für noch höhere Energiedichten. Daher sind sie besonders geeignet für den Einsatz in mobilen Geräten. Durch die hohe Zellenspannung können Akkus gebaut werden, die nur aus einer einzigen Zelle bestehen, wie sie beispielsweise in Mobiltelefonen zum Einsatz kommen. Darüber hinaus benötigen Li-Ionen-Akkus wenig Wartungsaufwand. Sie haben keinen Memory-Effekt und die Selbstentladung beträgt weniger als die Hälfte eines NiCd-Akkus. Jedoch sind den Möglichkeiten dieses Akku-Typs auch Grenzen gesetzt. Um Spannung und Strom innerhalb der Sicherheitslimits zu halten, wird eine Schutzschaltung benötigt. Außerdem unterliegen die Akkus dem Alterungsprozess, auch wenn sie nicht im aktiven Gebrauch sind, zudem sind die klassischen Li-Ionen-Zellen ungeeignet für starke Belastungen (moderater Entladestrom). Lithium-Ionen-Polymer-Akkus sind die einzigen Zellen am Markt, in denen ein fester Elektrolyt das poröse Trennelement (Separator) ersetzt. Der Gel-Elektrolyt verbessert dabei die Leitfähigkeit der Ionen. Jedoch konnte sich dieser Akku-Typ bis jetzt noch nicht am Markt durchsetzen. Gründe dafür sind die kleinere Energiedichte und die geringere Ladezykluszahl, verglichen mit herkömmlichen Li-Ionen-Akkus, sowie die aufwendige, kostenintensive Herstellung.

Besonders bei Li-Ionen-Akkumulatoren schreitet die weitere Entwicklung in großen Schritten voran. Durch den Einsatz der Nanotechnik entsteht derzeit eine neue Generation von Li-Ionen-Akkus mit deutlich verbesserter Leistung, Lebensdauer und Sicherheit. So genannte Lithium-Nanophosphat-Systeme sollen eine hohe Zyklenzahl, sehr gute Strombelastbarkeit und eine ultraschnelle Ladbarkeit – 80 Prozent in fünf Minuten und 90 Prozent in zehn Minuten – garantieren. Mit solchen Akku-Packs rüstet z.B. DeWalt (www.dewalt.de) schon Elektrowerkzeuge in Serie aus. Sie werden vereinzelt auch in Automobilen, z.B. in Elektrofahrzeugen und Hybrid-Antrieben, eingesetzt sowie in der Luftfahrt. M. Schubert, Duracell/hs

Siehe auch:

Neue ICs für Lithium-Ionen-Akkus

Lithiumion-Akku ist nicht gleich Lithiumion-Akku

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