Rechargeable Batteries 2

Akkus

Wirtschaftlich, umweltfreundlich und zunehmend technologisch ausgereift: Akkus gelten inzwischen als fester Bestandteil unseres modernen Alltags. Für manche Anwendungen sind sie in der Tat die ideale Lösung. Lithium-Ionen Akkus konnten sich nicht zuletzt dank ihres weitreichenden Einsatzes in Smartphones und Tablet-Computern in den letzten Jahren zunehmender Beliebtheit erfreuen. Manche von ihnen werden mit Sicherheit sogar die Geräte überleben, in die sie integriert sind.

 

Was ist ein Akku?

Ein Akku ist eine Batterie, die – nachdem sie entladen ist – wieder aufgeladen wird und somit wieder und wieder verwendet werden kann. Oftmals werden Akkus auch als Sekundärzellen bezeichnet. Batterien dieser Art kommen in allen geläufigen Größen – und zunehmend auch in weniger geläufigen Größen – zum Einsatz.

Dabei verwenden Akkus verschiedene Chemikalien, darunter Nickel-Metall-Hybrid (NiMH), Bleisäure, Nickel-Kadmium (NiCd) und Lithium-Ionen (Li-Ion). Vor Allem die zuletzt genannten Akkus sind heutzutage sehr weit verbreitet und kommen in vielen verschiedenen wiederaufladbaren elektronischen Geräten zum Einsatz. Manche dieser Batterien sind dabei mehr oder weniger dauerhaft in das jeweilige Gerät integriert und werden aufgeladen, sobald ein einfacher Adapterstecker in eine Steckdose oder den USB-Port eines Computers eingesteckt wird.

Der Faktor „Wiederverwendbarkeit“ trieb die Nachfrage nach diesen Batterien stark nach oben – genauso ihre stets zunehmende Leistungsfähigkeit. Akkus können heutzutage viele Male wieder aufgeladen werden, sodass sich ihr oftmals etwas höherer Preis schnell relativiert, da sie wieder und wieder verwendet werden können.

In manchen Fällen eignen sich Batterien mit einer Standardgröße nicht für eine bestimmte Anwendung. Dies kann der Fall sein, wenn der verfügbare Platz sehr beschränkt ist oder das Gerät einen speziellen Akku verwendet, der nicht standardmäßig erhältlich ist. Hierfür können viele Hersteller Spezialbatterien in Größen zur Verfügung stellen, die schlichtweg verkleinerte Ausführungen von Standardbatterien sind – 1/3, ½, usw. – oder gar in gänzlich individuellen Größen kommen. Darüber hinaus sind sie auch oftmals in Form von Packs erhältlich, die eine sehr angenehme Lösung darstellen, um ein Gerät mit einer bedeutenden Menge an Strom zu versorgen.

 

Wofür werden Akkus verwendet?

Akkus werden gleichermaßen in Anwendungen für den Verbraucher sowie im industriellen Bereich eingesetzt. Der geläufigste Ableger eines Akkus, mit dem die meisten von uns bereits Bekanntschaft gemacht haben, ist die herkömmliche Autobatterie. Nachdem diese Batterie einen Teil seiner Ladung abgegeben hat, um den Anlasser zu drehen, wird sie von dem elektrischen System des Fahrzeugs wieder aufgeladen. Dabei handelt es sich in aller Regel um Bleisäure-Batterien. Doch obwohl sie wesentlich gefährlicher sind als andere Akkus – die Stoffe in Bleisäure-Batterien sind sehr giftig –, sind sie sehr zuverlässig, langlebig und zudem in der Lage, in einem breit gefächerten Temperaturbereich zu arbeiten.

Mit dem Aufkommen praktischer Elektrofahrzeuge wurde die Entwicklung ganz neuartiger Batterien nochmals vorangetrieben und bestehende Varianten zudem erheblich verbessert. Akkus bilden im wahrsten Sinne des Wortes das Herzstück dieser Fahrzeuge. Dabei werden sie wieder aufgeladen, indem sie an eine Stromquelle angesteckt werden, oder aber indem das Fahrzeug selbst schlichtweg bewegt wird. Kapazität, Leistung und Effizienz werden derzeit stark verbessert.

Auf Verbraucherebene werden vor allen Dingen Smartphones, Tablet-Computer und Laptops mit Akkus betrieben. Mit diesen Akkus werden darüber hinaus auch Elektrowerkzeuge deutlich vielseitiger, da sie somit gänzlich ohne Kabel auskommen. Viele solcher Werkzeuge kommen direkt mit mehreren Akku-Packs, sodass ein leerer Akku problemlos durch einen vollen ausgetauscht und sofort wieder aufgeladen werden kann.

In großem Maßstab kommen Akkus besonders im Bereich Erneuerbare Energien zum Einsatz. Dabei werden sie eingesetzt, um die Energie zu speichern, die von erneuerbaren Quellen erzeugt wird. So kann auch ein privates Haus mit Solarmodulen über eine Reihe an Akkus verfügen, die die Energie zur Verwendung in der Nacht speichern. Darüber hinaus können Akkus auch zum Lastenausgleich in Stromnetzen eingesetzt werden.

Ebenso kommen Akkus in Funkgeräten, Taschenlampen und anderen praktischen Anwendungen zum Einsatz und bieten dabei eine Möglichkeit, um die Betriebskosten stromhungriger Geräte stark zu reduzieren.

 

Was passiert beim Auf- und Entladen?

Wenn ein Akku aufgeladen wird, findet der elektrische Prozess, der zur Entladung der Batterie führt, genau in umgekehrter Richtung statt.

Batterien verfügen über eine Kathode – sprich: den positiven Anschluss – und eine Anode, dem negativen Anschluss. Ebenso enthält eine Batterie ein Elektrolyt. In der Regel werden Batterien nach diesem Elektrolyt benannt, d. h. Bleisäure, NiMh und so weiter. Wenn die Ladung einer Batterie abnimmt, erfolgt ein Oxidationsprozess an der negativen Elektrode. An der positiven Seite findet hingegen eine sogenannte elektrochemische Reduktion statt. Wird die Batterie hingegen aufgeladen, tritt genau das Gegenteil ein.

Bei einer Einwegbatterie ist diese Reaktion irreversibel, kann also nicht umgekehrt werden. Bei einem Akku kann dieser Vorgang jedoch wieder und wieder umgekehrt werden, sodass die Batterie stets wieder aufgeladen werden kann. Mit fortschreitender Entwicklungsarbeit können Akkus inzwischen nicht nur öfter aufgeladen werden, sondern sind auch in der Lage, ihre Ladungen über stets längere Zeiträume zu erhalten.

Dabei ist wichtig zu verstehen, dass diese Entwicklung die im Zusammenhang mit Batterien verwendete Terminologie gewissermaßen durcheinander bringt. Während der negative Anschluss normalerweise als Anode und der positive Anschluss als Kathode bezeichnet wird, dreht sich diese Bezeichnung für den Ladevorgang schlichtweg um. Zudem werden dieselben Begriffe für Komponenten eines Akkus und für Komponenten einer Einwegbatterie verwendet.

 

Was ist mit „aktiven Komponenten“ gemeint?

Die aktiven Komponenten einer Batterie sind die Materialien, die die positiven und negativen Bestandteile der Batterie ausmachen. Hierzu zählt auch der Elektrolyt der Batterie.

 

Welche Arten von Akkus gibt es? Wofür werden die verschiedenen Akkus jeweils verwendet? Welche Art elektrischer Energie bieten die verschiedenen Akkus?

Akkus sind in vielen sehr geläufigen Größen erhältlich: AA, AAA, usw. Zudem sind sie auch in Spezialgrößen für bestimmte Anwendungen erhältlich. Manchmal werden mehrere Akkus in einer einzigen Einheit zusammengefasst – einem sogenannten Power Pack –, die beispielsweise bei kabellosen Elektrowerkzeugen und ähnlichem zum Einsatz kommt.

Alle Batterien liefern Gleichstrom.

 

Funkgeräte Akkus

Akkus für Funkgeräte sind in vielen verschiedenen Ausführungen erhältlich. Kleine Funkgeräte mit geringer Leistung verwenden beispielsweise AA- oder AAA-Batterien. Etwas komplexere Geräte werden hingegen in aller Regel mit Lithium-Ionen-Akkus betrieben. Die Stromaufnahme dieser Geräte durch die Versendung von Funkwellen erfordert, dass diese Batterien sehr lange arbeiten können, bevor sie aufgeladen werden müssen.

 

9-Volt-Akkus

9-Volt-Akkus kommen in Funkgeräten und vielen anderen Anwendungen zum Einsatz. Dabei kommen sie in aller Regel in derselben rechteckigen Form wie standardmäßige 9-Volt-Batterien, einschließlich der beiden Anschlüsse auf der Oberseite. Im Inneren sind mehrere 1,5-Volt-Zellen miteinander verknüpft, die einer herkömmlichen AAA-Batterie jeweils sehr ähnlich sehen.

 

AA-Akkus

AA-Akkus zählen zu den am weitesten verbreiteten Batterien überhaupt. Sie kommen nahezu überall zum Einsatz – von Fernbedienungen bis hin zu Taschenlampen und noch viel weiter. Dabei handelt es sich in aller Regel um NiMH-Batterien.

 

AA-Akkupacks

Diese Packs bestehen aus mehreren AA-Batterien, die miteinander verknüpft sind. Zum Einsatz kommen sie für gewöhnlich in Geräten, die mehr Spannung benötigen als eine einzelne AA-Batterie liefern kann. Beispiele hierfür sind mobile Elektrowerkzeuge, bestimmte Funkgeräte und viele weitere Werkzeuge und Geräte.

 

AAA-Akkus

AAA-Akkus stellen eine weitere sehr weit verbreitete Art von Akkus dar. Sie werden in der Regel in nahezu denselben Geräten wie AA-Batterien eingesetzt, ermöglichen jedoch dank ihres kompakteren Designs auch, dass kleinere Geräte entwickelt werden können.

 

AAA-Akkupacks

AAA-Akkupacks kommen in Anwendungen zum Einsatz, bei denen mehrere AAA-Batterien benötigt werden, um ein bestimmtes Gerät mit Strom zu versorgen. Sie bieten eine sehr angenehme Möglichkeit, mehrere Batterien in einer einzigen Einheit zu verknüpfen. Packs dieser Art werden oftmals in Kommunikationsgeräten und anderen elektronischen Apparaten verwendet.

 

C-Akkus

C-Batterien können genügend Strom liefern um Geräte zu versorgen, für die AA- und AAA-Batterien nicht mehr ausreichen. Sie sind nicht annähernd so weit verbreitet wie AA- und AAA-Batterien, sind jedoch speziell für Geräte mit höherem Stromverbrauch sehr nützlich. C-Batterien werden auch als 14- und R14-Batterien bezeichnet.

 

C-Akkupacks

Wenn etwas mehr Spannung benötigt wird, können mehrere C-Batterien in einer Einheit zusammengefasst werden. Diese Einheiten bzw. Packs gestalten es sehr einfach, Batterien in ein Gerät einzusetzen und wieder zu entfernen, und sie aufzuladen, wenn sie leer sind, um sie anschließend wieder zu verwenden.

 

Kamera- & Camcorder-Akkus

Akkus für Kameras und Camcorder werden in der Regel speziell für das Gerät entwickelt, in dem sie verwendet werden. Sie kommen für gewöhnlich in einem versiegelten Gehäuse mit Klemmenleisten, die sowohl zum Laden des Akkus als auch zur Stromversorgung des jeweiligen Geräts eingesetzt werden. In den meisten Fällen handelt es sich bei solchen Akkus um Lithium-Ionen-Akkus. Dabei können sie oftmals – jedoch nicht immer – direkt in dem jeweiligen Gerät aufgeladen werden.

 

Knopfzellen-Akkus

Knopfzellen-Akkus sind in aller Regel dauerhaft in elektronischen Geräten installiert. Ist dies nicht der Fall, werden sie jedoch nur sehr selten ausgetauscht. Ein Beispiel hierfür ist die CMOS-Batterie eines Computers. Eine solche Batterie wird geladen, während der Computer läuft, und hält verschiedene Funktionen aufrecht – darunter Uhrzeit und Datum–, wenn der Computer wieder ausgeschaltet wird.

 

D-Akkus

D-Batterien sind die größten herkömmlichen Batterien. Sie eignen sich ideal für Anwendungen, bei denen Geräte mit hoher Stromaufnahme betrieben werden. So kommen sie oftmals in großen Taschenlampen sowie in Funkgeräten und ähnlichen Apparaten zum Einsatz, bei denen die Ladung von AA- oder AAA-Batterien schnell zu Neige gehen würde.

 

D-Akkupacks

Diese Packs bestehen aus mehreren miteinander verknüpften D Batterien. Sie können in Anwendungen eingesetzt werden, die eine höhere Spannung erfordern als eine einzige Batterie liefern könnte. So kommen sie in Geräten mit hoher Stromaufnahme zum Einsatz, darunter insbesondere Elektrowerkzeuge und ähnliches.

 

Energieprozessoren

Energieprozessoren sind Geräte zur Speicherung und Verwaltung der Energie innerhalb eines Systems. Sie können bei hoch komplexen Anwendungen zum Einsatz kommen, darunter die Regelung der Ausgangsleistung und ähnliches.

 

Laternen-Akkus

Hierbei handelt es sich um große Batterien, die in etwas älteren Taschenlampen zum Einsatz kommen. Sie sind rechteckig, sehr groß und haben gewickelte Federn als Anschlüsse. Sie liefern in der Regel 6 Volt, können jedoch auch auf eine andere Ausgangsleistung ausgelegt sein. Dabei bestehen sie aus mehreren miteinander verknüpften Zellen. Diese Akkus verfügen über eine besonders hohe Kapazität.

 

Blei-Akkus

Blei-Akkus gehen bis in das späte 19. Jahrhundert zurück und werden auch heute noch weitläufig eingesetzt. Sie waren tatsächlich die ersten wiederaufladbaren Batterien. Heutzutage werden sie oftmals in Fahrzeugen und in Anwendungen zur See eingesetzt. Sie sind sehr schwer und enthalten giftige Chemikalien und erfordern somit besondere Aufmerksamkeit bei der Wiederverwertung.

 

Lithium-Akkus

Lithium-Akkus zählen zu den zuverlässigsten Varianten ihrer Art und kommen in vielen verschiedenen Anwendungen zum Einsatz. Als Batterie-Packs sind sie zudem mit zahlreichen unterschiedlichen Spannungen und Kapazitäten erhältlich. Dabei werden sie insbesondere bei schnurlosen Telefonen und ähnlichen Geräten verwendet, die häufig wieder aufgeladen werden.

 

Handy-Akkus

Handy-Akkus sind in aller Regel Lithium-Ionen-Akkus und werden oftmals speziell auf das jeweilige Modell entwickelt. Sie bieten eine annehmbare Kapazität und sind in verschiedenen Spannungen erhältlich, wobei 3,7 V am häufigsten ist.

 

N-Akkus

N-Batterien kommen besonders häufig in Taschenlampen, Glukosemessgeräten und ähnlichen Geräten zum Einsatz. Ihr Anblick ähnelt dem von AA Batterien, sie sind jedoch ein kleines Stück größer und verfügen somit auch über eine etwas höhere Kapazität.

 

Power Banks

Power Banks werden verwendet, um andere wiederaufladbare Geräte aufzuladen und können auch selbst aufgeladen werden. Sie werden nach ihrer Ausgangsspannung und den Steckverbindern klassifiziert, die sie für den Ein- und Ausgang verwenden. Dabei ist besonders USB sehr weit verbreitet.

 

Laptop-Akkus

Laptop-Akkus sind spezielle Akkus mit hoher Kapazität und verschiedenen Spannungen für Laptop-Computer. Sie sind häufig lediglich für die Modelle eines bestimmten Herstellers einsetzbar, manchmal sogar bloß für ein bestimmtes Modell. Dabei sind sie in der Regel relativ groß und schwer. Die meisten von ihnen sind Lithium-Ionen-Akkus, NiMH-Batterien sind jedoch ebenso erhältlich.

 

Solid-State-Akkus

Diese Akkus unterscheiden sich insofern von anderen Akkus, als dass ihr Elektrolyt und ihre Elektroden aus festen Materialien bestehen. Sie werden besonders oft in elektronischen Geräten eingesetzt und sind mitunter sehr kompakt.

 

Akku Sondergrößen

Manche Geräte verwenden spezielle Batterien, darunter die Größen ½ A, 1/3 AA und so weiter. Wiederaufladbare Varianten dieser Batterien bieten dabei dieselben Vorteile wie herkömmliche Akkus.

 

Akkupacks Sondergrößen

Dank ihrer vielen verschiedenen Möglichkeiten hinsichtlich Größe, Spannung und Kapazität sind Akkupacks in Sondergrößen ideal für Anwendungen geeignet, bei denen herkömmliche Akkupacks aufgrund ihrer Größe oder anderen Eckdaten von vornherein ausscheiden. Dabei sind diese Packs in vielen verschiedenen Ausführungen erhältlich, manche von ihnen sind zudem speziell für Produkte eines einzelnen Herstellers geeignet.