Eigenschaften von Laptop-Batterien
In der heutigen Zeit sind Lithium-Ionen-Batterien (Li-Ion-Batterien) die am weitesten verbreitete Art von Akkus in Laptops. Diese sekundären (wiederaufladbaren) Batterien bestehen aus Zellen, in denen Lithium-Ionen während des Entladens vom Anoden- durch einen Elektrolyten zum Kathodenbereich und beim Laden zurückfließen.
Vorteile von Lithium-Ionen-Batterien
Lithium-Ionen-Batterien bieten mehrere spezifische Vorteile. Zu den wichtigsten gehören ihre hohe Zellspannung, hohe Energiedichte und kein Memory-Effekt. Sie finden Einsatz in vielen Laptop-Batterien, schnurlosen Elektrowerkzeugen, bestimmten Elektroautos, elektrischen Tretrollern, den meisten E-Bikes, tragbaren Powerbanks und LED-Taschenlampen.
Zylindrische vs. Prismatische vs. Beutelzellen
Li-Ion-Zellen gibt es in verschiedenen Formen, die im Allgemeinen in drei Gruppen unterteilt werden können:
- Zylindrische Zellen: Diese haben einen festen Körper ohne Anschlüsse, wie sie in älteren Laptop-Batterien verwendet werden. Zylindrische Zellen werden in einer charakteristischen „Jelly-Roll“-Methode hergestellt, bei der es sich um ein langes „Sandwich“ aus positiver Elektrode, Separator, negativer Elektrode und Separator handelt, das zu einer einzigen Spule gerollt ist.
- Flache oder Beutelzellen: Diese haben einen weichen, flachen Körper und werden in Mobiltelefonen und neueren Laptops als Lithium-Ionen-Polymer-Batterien verwendet. Beutelzellen haben kein starres Gehäuse und verwenden einen versiegelten flexiblen Folienbehälter als Zellenbehälter.
- Prismatische Zellen: Lithium-Ionen-Batterieprismazellen sind dünner und leichter als zylindrische Zellen. Diese Zellen, in rechteckigen Aluminium- oder Stahlgehäusen, haben eine recht lange Lebensdauer, sind aber im Vergleich zu ihren zylindrischen Gegenstücken nicht so leicht kühl zu halten.
Charakteristika von Lithium-Ionen-Batterien
Um die Leistungsfähigkeit jeder Batterie zu vergleichen und zu verstehen, gibt es einige wichtige Parameter, die charakteristisch für jede Batterie sind, auch innerhalb eines Batterietyps.
Zellspannung
Die Spannung von Elektrobatterien wird durch die Potenzialdifferenz der Materialien, die die positiven und negativen Elektroden in der elektrochemischen Reaktion bilden, erzeugt. Fast alle Lithium-Ionen-Zellen arbeiten bei 3.8 Volt. Um den Stromfluss vom Ladegerät zur Batterie zu ermöglichen, muss eine Potenzialdifferenz bestehen.
Abschaltungsspannung
Die Abschaltungsspannung ist die minimal zulässige Spannung. Es ist diese Spannung, die im Allgemeinen den „leeren“ Zustand der Batterie definiert. Li-Ion-Batterien haben eine höhere Abschaltungsspannung von etwa 3.2 V.
Kapazität
Die koulometrische Kapazität ist die gesamte verfügbare Amperestundenanzahl, wenn die Batterie mit einem bestimmten Entladestrom von 100 % SOC (State of Charge) auf die Abschaltungsspannung entladen wird. Laptop-Batteriekapazitäten reichen typischerweise von 2,000mAh (Milliamperestunden) bis 7,000 mAh.
C-Rate der Batterie
Die C-Rate wird verwendet, um auszudrücken, wie schnell eine Batterie im Verhältnis zu ihrer maximalen Kapazität entladen oder geladen wird. Sie hat die Einheiten h−1. Eine 1C-Rate bedeutet, dass der Entladestrom die gesamte Batterie in 1 Stunde entlädt.
Selbstentladung
Batterien entladen sich allmählich selbst, auch wenn sie nicht angeschlossen sind und keinen Strom liefern. Dies ist auf nicht stromerzeugende „Seiten“-chemische Reaktionen zurückzuführen, die innerhalb der Zelle auftreten, auch wenn keine Last anliegt.
Degradation
Jeder Lade-Entlade-Zyklus führt zu einer gewissen Degradation wiederaufladbarer Batterien. Die meisten modernen 18650 Lithium-Ionen-Batterien, die häufig für Laptop-Batterien verwendet werden, haben eine typische Zykluslebensdauer von 300 – 500 (Lade-, Entladezyklen).
Entladetiefe
Die Entladetiefe ist ein Maß dafür, wie viel Energie aus einer Batterie entnommen wurde und wird als Prozentsatz der vollen Kapazität ausgedrückt. Bei Lithium-Ionen-Batterien hängt die Lebensdauer eines Zykels stark von der DOD ab.
