Eigenschaften von Handy-Akkus

Handy-Akkus sind heute meist als Pouch-Lithium-Ionen-Akkus gestaltet. Diese können je nach Pflege und Ladeverfahren 300 bis 500 Mal vollständig aufgeladen werden. Durch den Verzicht auf ein Gehäuse bieten Pouch-Zellen die höchste gravimetrische Energiedichte.

Der Lithium-Ionen-Akku, kurz Li-Ion-Akku, ist eine Art Sekundärbatterie (wiederaufladbar), bei der Lithium-Ionen während der Entladung durch einen Elektrolyten von der Anode zur Kathode und beim Laden zurückwandern.

Vorteile von Lithium-Ionen-Akkus

Lithium-Ionen-Akkus bieten mehrere spezifische Vorteile. Die wichtigsten sind ihre hohe Zellspannung, hohe Energiedichte und das Fehlen eines Memory-Effekts.

Charakteristische Parameter von Akkus

Um die Leistungsfähigkeit verschiedener Akkus vergleichen und verstehen zu können, sind bestimmte Parameter charakteristisch. Diese dienen als Referenz, wenn ein Akku für spezifische Anforderungen benötigt wird.

Zellspannung

Die Spannung elektrischer Batterien entsteht durch die Potentialdifferenz der Materialien der positiven und negativen Elektroden in der elektrochemischen Reaktion. Fast alle Lithium-Ionen-Zellen arbeiten mit 3,8 Volt. Damit Strom vom Ladegerät zur Batterie fließt, muss eine Potentialdifferenz bestehen. Daher liefern Ladegeräte oder USB-Anschlüsse für fast alle Smartphones eine Spannung von 5V.

Abschaltspannung

Die Abschaltspannung ist die minimal zulässige Spannung. Bei Lithium-Ionen-Akkus liegt diese höhere Abschaltspannung bei etwa 3,2 V. Ihre Nennspannung beträgt zwischen 3,6 und 3,8 V; die maximale Ladespannung kann bis zu 4 – 4,2 V betragen. Li-Ion kann bis zu 3V und niedriger entladen werden; jedoch werden bei einer Entladung auf 3,3V (bei Raumtemperatur) etwa 92-98% der Kapazität genutzt. Wichtig ist, dass bei Lithium-Ionen-Akkus eine Unterspannung unter 3,2V zu chemischer Instabilität in der Zelle führen kann, was die Lebensdauer des Akkus verkürzt.

Kapazität

Die koulometrische Kapazität ist die Gesamtmenge an Amperestunden, die zur Verfügung steht, wenn der Akku mit einem bestimmten Entladestrom von 100% SOC bis zur Abschaltspannung entladen wird. Die Kapazität von Laptop-Akkus liegt typischerweise zwischen 3.000mAh und 4.000mAh.

C-Rate des Akkus

Die C-Rate wird verwendet, um auszudrücken, wie schnell ein Akku relativ zu seiner maximalen Kapazität entladen oder geladen wird. Sie hat die Einheit h^-1. Eine 1C-Rate bedeutet, dass der Entladestrom den gesamten Akku in 1 Stunde entlädt. Die meisten Li-Ion-Akkus können nur eine maximale Temperatur von 60°C aushalten und sollten mit maximal 45°C unter einer 0,5C-Laderate geladen werden. Die C-Rate für einen 18650-Akku liegt normalerweise bei 1C, was bedeutet, dass wir maximal 2,85A aus dem Akku entnehmen können.

Selbstentladung

Akkus entladen sich allmählich selbst, auch wenn sie nicht angeschlossen sind und keinen Strom liefern. Dies liegt an nicht stromerzeugenden „Neben“-chemischen Reaktionen, die in der Zelle auch ohne Last stattfinden. Li-Ion-Akkus haben eine Selbstentladungsrate, die von den Herstellern typischerweise mit 1,5-2% pro Monat angegeben wird. Die Rate steigt mit der Temperatur und dem Ladezustand.

Degradation

Bei jedem Lade-Entlade-Zyklus tritt eine gewisse Degradation bei wiederaufladbaren Akkus auf. Diese erfolgt meist durch die Migration des Elektrolyten von den Elektroden oder durch das Ablösen von aktivem Material von den Elektroden. Die meisten modernen 18650-Lithium-Ionen-Akkus, die häufig in Laptop-Akkus verwendet werden, haben eine typische Lebensdauer von 300 – 500 Lade-Entlade-Zyklen, wobei ein Zyklus definiert ist als das Aufladen eines vollständig entladenen Akkus auf 100% und dann das Entladen auf Null wieder. Normalerweise hält ein Handy-Akku zwischen zwei und drei Jahren. Die goldene Regel für optimales Laden ist, den