Der große Vorteil von Lithiumionen als Ladungsträger liegt in der
geringen Größe und der hohen Beweglichkeit. Eine Li-Ionen-Zelle besteht
aus einer negativen Grafitelektrode und einer positiven Elektrode aus
einem Lithium-Metalloxyd, beispielsweise Mangan, Nickel oder Kobalt. Die
Zusammensetzung hat großen Einfluss auf die Eigenschaften des Akkus und
ist je nach Hersteller und Güteklasse der Zelle unterschiedlich.
Lithium, das leichteste Metall überhaupt, reagiert jedoch heftig mit
Wasser, daher kommt im Elektrolyt ein wasserfreies, aber brennbares
Lösungsmittel zum Einsatz. Ein für Lithiumionen durchlässiger Separator
zwischen den Elektroden verhindert ein Kurzschließen der Elektroden beim
Schichtenaufbau der Zelle.
Da die Lithiumionen so klein sind, lagern sie sich beim Laden der Zelle
zwischen die Molekülschichten (Basalebenen) des Grafits. Die Kathode
wirkt wie ein Nano-Schwamm und kann so eine große Zahl an Ionen
aufnehmen, was die hohe Energiedichte des Li-Ionen-Akkus von 180 Wh/kg
und mehr erklärt. Beim Entladen wandern die Ionen zurück zur
Metalloxyd-Elektrode.
Weitere Vorteile von Li-Ionen-Akkus
sind die geringe Selbstentladung und das Fehlen eines Memory-Effekts;
regelmäßiges Aufladen eines halbvollen Akkus wirkt sich nicht auf die
Gesamtkapazität aus. Je nach Qualität sollen sie allerdings nur wenige
hundert Ladezyklen verkraften, bis die Speicherfähigkeit deutlich
nachlässt (NiMH-Akkus schaffen mehrere tausend).
Auch in der Handhabung zeigen sich Li-Ionen-Zellen – die Nennspannung
liegt je nach Elektrodenmaterial bei 3,6 oder 3,7 Volt – besonders
empfindlich. Zwar hat es kein Akku gern, wenn man ihn überlädt, beim
Laden von Li-Ionen-Akkus muss die Ladeschlussspannung von 4,1
beziehungsweise 4,2 Volt jedoch auf 50 Millivolt genau eingehalten
werden, will man die Zelle nicht unweigerlich zerstören. Auch das
Unterschreiten der unteren Spannungsgrenze – sie liegt bei 2,5 Volt –
schädigt sie irreparabel.
Als Nutzer braucht man sich darum normalerweise nicht zu kümmern, da
jedes handelsübliche Akkupack mit einer eigenen Lade- und
Schutzelektronik ausgestattet ist [2]. Sie wacht beim Laden und Entladen
über die Einhaltung der Grenzwerte, sorgt mittels Cell-Balancing über
die gleichmäßige Ladung und Belastung jeder einzelnen Zelle und schaltet
den gesamten Pack bei tiefenentladenen Zellen unter 1,5 Volt ab, um
feurige Überraschungen zu verhindern.
Da die Lade- und Schutzschaltungen an die jeweils eingesetzten
Li-Ionen-Zellen angepasst sind, sollte man die Zellen in den Akkupacks
auf keinen Fall selbst austauschen. Sie lassen sich nicht
zerstörungsfrei öffnen, Ersatzzellen sind über den normalen Handel nicht
zu bekommen. Auf jeden Fall ist das Risiko eines Brands die paar
gesparten Euro mit Einzelzellen aus dubiosen Quellen nicht wert.
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