Definition Akkumulator – Akku genannt<\/h2>\n\n\n\n
Ein Akkumulator (kurz Akku) ist ein wiederaufladbares galvanisches Element, bestehend aus zwei Elektroden und einem Elektrolyten, das elektrische Energie auf elektrochemischer Basis speichert. Der Begriff Akku l\u00e4sst sich auf das lateinische Wort „accumulator“ zur\u00fcckf\u00fchren und bedeutet „Sammler“. Mit dem Akkumulator ist ein einzelnes wiederaufladbares Speicherelement gemeint (Sekund\u00e4rzelle). Im allgemeinen Sprachgebrauch benutzen wir das Wort Akku oft f\u00fcr zusammengeschaltete Sekund\u00e4rzellen. Wenn man es genau nimmt, unterscheiden wir jedoch, ob es um eine einzelne Zelle geht (Akkumulator; Akkuzelle) oder um ein zusammengeschaltetes Speicherelement (Akkupack, Batterie aus Sekund\u00e4rzellen).<\/p>\n\n\n\n
![\"\"](\"https:\/\/akku-king.de\/blog\/wp-content\/uploads\/2021\/12\/Funktionsweise_der_Elektrolyse-scaled.jpg\")
<\/a><\/figure>\n<\/div>\n\n\n\nDemnach gibt es Batterien aus Prim\u00e4rzellen (nicht wiederaufladbar) und welche aus Sekund\u00e4rzellen (wiederaufladbar). Die Batterie ist im technischen Sinne ein Zusammenschluss aus mehreren gleichartigen galvanischen Zellen. Im englischen wird \u00fcbrigens f\u00fcr beide Varianten das Wort „battery“ genutzt, daher wird im wissenschaftlichen Bereich von einem Akku, auch von einer aufladbaren Batterien gesprochen.<\/p>\n<\/div>\n<\/div>\n\n\n\n
Ein Kondensator ist auch ein Speicher f\u00fcr elektrische Energie, aber dieser speichert die Energie nicht in chemischer Form, wie in der Batterie, sondern als elektrisches Feld zwischen ihren Platten. Daher ist der Kondensator kein Akku im herk\u00f6mmlichen Sinne.<\/p>\n\n\n\n
Prinzipielle Funktionsweise eines Akkumulators<\/h2>\n\n\n\n
Ein Akku funktioniert wie folgt: In einem Beh\u00e4lter befindet sich eine elektrisch leitende Fl\u00fcssigkeit (Elektrolyt). Darin sind zwei unterschiedliche leitf\u00e4hige Metalle (Elektroden) eingetaucht. Sie erzeugen durch die verschiedenen chemischen Zusammensetzungen untereinander eine Spannung. Diese Eigenschaft von Metallen entdeckte Alessandro Volta 1793 und definierte sie in der „Voltaschen Spannungsreihe“. Sie besagt: Je weiter zwei bestimmte Metalle in der Spannungsreihe auseinander liegen, desto h\u00f6her ist die elektrische Spannung zwischen diesen Elementen.<\/p>\n\n\n\n Funktionsprinzip einer Akkuzelle: Den Elektronenfluss von der Anode zur Kathode bezeichnet man als elektrischen Strom. Die Strommenge, die ein Akku \u00fcber einen Zeitintervall abgeben kann, hei\u00dft Kapazit\u00e4t. F\u00fcr einen st\u00e4ndigen Elektronenfluss muss der Stromkreislauf\u00a0 im Elektrolyt geschlossen sein. Das \u00fcbernimmt der elektrochemische Prozess im Elektrolyt durch Oxidation und Reduktion der entsprechend verwendeten Metalle. Wird der Stromkreislauf unterbrochen, stoppt der Prozess der „Entladung“ – allerdings nicht vollst\u00e4ndig. Daher kann es passieren, wenn man einen Akku l\u00e4nger nicht benutzt, das dieser tiefenentl\u00e4dt.<\/p>\n\n\n\n Bedingt durch einen temperaturabh\u00e4ngigen Reaktionsprozess im Akku wandern Ladungen zwischen den Elektroden und entladen das chemische System. Man spricht dabei von Selbstentladung. Je nach Akkutyp betr\u00e4gt sie bis zu 30 Prozent der gespeicherten Kapazit\u00e4t pro Monat. Um einen Akku aufzuladen, pumpt ein Ladeger\u00e4t Elektronen von der Kathode zur Anode und reaktiviert so die entladenen Elektroden. Der Lade- und Entladevorgang l\u00e4sst sich je nach Akkutyp bis zu etwa 1000 Mal wiederholen.<\/p>\n\n\n\n Ein Lithium-Ionen Akku besitzt die h\u00f6chste spezifische Energie unter den wiederaufladbaren Systemen. Des weiteren weist dieser Akku eine geringe Selbstentladung auf und ist somit \u00fcber lange\u00a0 Zeit lagerf\u00e4hig ohne das ein\u00a0 erneutes Aufladen der Zellen n\u00f6tig ist. Auch liefert die Lithium-Ionen-Zelle \u00fcber den gesamten Entladezeitraum eine nahezu konstante Ausgangsspannung, die deutlich \u00fcber der Nennspannung von zirka 3,6 V liegt.<\/p>\n\n\n\n Als Material im Akku f\u00fcr die Kathodenelektrode wird eine Lithiumverbindung verwendet, die aus Cobalt-, Mangan- oder Nickel-Oxid bestehen kann. Die Anode setzt sich aus einer Graphitverbindung zusammen. Die Isolierung zwischen den beiden Elektroden besteht aus einer mikrodurchl\u00e4ssigen Kunststoffmembran. Als Elektrolyt dient ein gel\u00f6stes Lithium-Salz in einem organischen L\u00f6sungsmittel.<\/p>\n\n\n\n Die Lithium-Polymer-Akkus besitzen prinzipiell den gleichen Aufbau wie die Lithium-Ionen Zelle, mit dem Unterschied: dass sie keine w\u00e4ssrigen Elektrolyte enthalten und daher auslaufsicher sind. Den fl\u00fcssigen Reaktionsstoff ersetzten die Entwickler durch ein festes beziehungsweise gelartiges Polymerelektrolyt. Der Lithium-Polymer-Akku verf\u00fcgt \u00fcber die gleiche hohe spezifische Energie, wie das Lithium-Ionen-Pendant. Durch das feste Polymer-Elektrolyt lassen sich die Abmessungen des Akkus (Geh\u00e4useformen) frei variieren. Mehr zum Thema Lithium-Polymer Akkus findet man unter unserem Blog Artikel „Kleiner Leitfaden – LiPo Akkus f\u00fcr RC Anwendungen“<\/a>.<\/p>\n\n\n\n Die positive Elektrode eines herk\u00f6mmlichen offenen Blei-S\u00e4ure-Akkus besteht aus Bleidioxid (PbO2), als negatives Elektrodenmaterial kommen Bleiplatten zum Einsatz. Zwischen den Elektrodenplatten befindet sich ein Separator, der aus Glasfaser, Mikroglas oder PVC bestehen kann. Als Elektrolyt dient in einer Fl\u00fcssigkeit gel\u00f6ste Schwefels\u00e4ure. Mittlerweile ersetzen die Entwickler aus Effizienzgr\u00fcnden die Fl\u00fcssigkeit durch eine gelartige Masse, die eine rasche Ausgasung des gebundenen Elektrolyts verhindert. Als Bauform kommt ein geschlossenes gasdichtes System zum Einsatz. Dies sch\u00fctzt den Akku vor rascher „Austrocknung“ und verl\u00e4ngert die Lebensdauer<\/p>\n\n\n\n Der Pluspol der Energiezelle enth\u00e4lt Nickel-Hydroxid, und der Minuspol besteht aus einer Metalllegierung, die Wasserstoff binden kann. Der Aufbau gasdichter NiMH-Akkus entspricht prinzipiell denen von NiCd-Zellen. Aufbau einer NiMH-Akkurundzelle: Anders als die NiCd-Zelle enth\u00e4lt der NiMH-Akku kein hochgiftiges Schwermetall. Im mechanischen Aufbau unterscheiden sich die beiden Technologien kaum. Auf Grund der guten Umweltvertr\u00e4glichkeit und einer sehr hohen Kapazit\u00e4t umfasst das Einsatzgebiet des NiMH-Akkus vorwiegend Handys, Camcorder, Notebooks und Audio Ger\u00e4te.<\/p>\n\n\n\n Wie der Name suggeriert, besteht ein Nickel-Cadmium-Akkumulator aus der negativen Cadmium- und der positiven Nickel-Hydroxid-Elektrode. Als Elektrolyt kommt KaliumHydroxid zum Einsatz. Aufbau einer NiCd-Akkurundzelle: Bedingt durch das hochgiftige Cadmium m\u00fcssen die Akkus absolut gasdicht aufgebaut sein. Durch die sehr hohe Belastbarkeit der NiCd-Akkus kommen sie heute vorwiegend in Ger\u00e4ten mit hohem Strombedarf zum Einsatz. Dazu z\u00e4hlen in erster Linie Akkuwerkzeuge. Aber auch in schnurlosen Telefonen und Camcordern werden sie auf Grund der geringen Herstellungskosten gerne eingesetzt.<\/p>\n\n\n\n Im Bereich mobiler Energieversorgung besitzt die Brennstoffzellen-Technologie gegen\u00fcber den klassischen Verfahren wie NiCd, NiMH und Lithium-Ion das gr\u00f6\u00dfte Zukunftspotenzial. Die Brennstoffzelle kehrt das herk\u00f6mmliche Verfahren der Elektrolyse, das unter Zuf\u00fchrung von elektrischer Energie Wasser in die Gase Sauerstoff und Wasserstoff aufspaltet, um. Der so gewonnene Wasserstoff dient als Energietr\u00e4ger bei Verbrennungsprozessen (Knallgaseffekt). Die Elektrolyse: Unter Zuf\u00fchrung von Energie wird das Elektrolyt (w\u00e4ssrige Salzl\u00f6sung) in Wasserstoff und Sauerstoff aufgespalten. Der prinzipielle Funktionsprozess der Brennstoffzelle verwendet Luftsauerstoff und Wasserstoff als Energielieferant. In einem chemischen Verfahren – der so genannten „kalten Verbrennung“ – wandelt sie die beiden Elemente in elektrische Energie um. Als Abfallprodukt entstehen W\u00e4rme und Wasser. Diese Methode erzeugt doppelt so viel Energie<\/a><\/figure>\n\n\n\n
Durch einen elektrochemischen Prozess entsteht ein Spannungspotenzial zwischen der sogenannten Anode und Kathode. Im Elektrolyt trennt eine por\u00f6se Wand (Separator) die beiden Metallelektroden (Anode und Kathode), um einen Kurzschluss durch Ber\u00fchrung zu vermeiden. An der Anode herrscht Elektronen\u00fcberfluss und an der Kathode Elektronenmangel. Diese Elektronendifferenz definiert die elektrische Spannung. Ein Verbraucher zwischen den Elektroden erm\u00f6glicht den Elektronen, die Spannung abzubauen.<\/p>\n\n\n\nDie Akku-Typen<\/h2>\n\n\n\n
Lithium-Ion-Akku<\/h4>\n\n\n\n
Lithium-Polymer-Akku<\/h4>\n\n\n\n
Blei-S\u00e4ure-Akku<\/h4>\n\n\n\n
Nickel-Metallhydrid-Akku<\/h4>\n\n\n\n
Nickel-Cadmium-Akku<\/h4>\n\n\n\n
Vielversprechende Alternative<\/h2>\n\n\n\n
wie das klassische Verbrennungsverfahren.<\/p>\n\n\n\n