Die Technologie und Eigenschaften von Handy-Akkus
In der heutigen Zeit basieren die meisten Handy-Akkus auf der Lithium-Ionen-Technologie. Diese Akkus, oft als Pouch-Zellen bezeichnet, sind aufgrund ihrer hohen gravimetrischen Energiedichte und der Fähigkeit, bis zu 300-500 Mal aufgeladen zu werden, sehr beliebt. Die Leistung eines solchen Akkus hängt stark davon ab, wie der Nutzer ihn behandelt und welche Ladeverfahren angewendet werden.
Aufbau und Funktionsweise von Lithium-Ionen-Akkus
Ein Lithium-Ionen-Akku besteht aus Zellen, in denen Lithium-Ionen während der Entladung vom Anoden- zum Kathodenpol und beim Laden zurückwandern. Die Kathode ist typischerweise aus einem lithiumhaltigen Verbundmaterial gefertigt, während die Anode meist aus porösem lithiiertem Graphit besteht. Der Elektrolyt kann flüssig, polymer oder fest sein, und der Separator ist porös, um den Transport von Lithium-Ionen zu ermöglichen und Kurzschlüsse sowie thermische Durchgehen zu verhindern.
Vorteile von Lithium-Ionen-Akkus
Zu den Hauptvorteilen von Lithium-Ionen-Akkus zählen ihre hohe Zellspannung, hohe Energiedichte und der fehlende Memory-Effekt. Handheld-Elektronikgeräte verwenden meist Lithium-Polymer-Akkus, die eine hohe Energiedichte bieten. Ein häufig verwendeter Zelltyp ist der 18650-Akku, der in vielen Laptopbatterien, Elektrowerkzeugen, elektrischen Fahrrädern und tragbaren Powerbanks zum Einsatz kommt. Die Nennspannung dieser Zellen beträgt 3,7 V.
Unterschiede zwischen Lithium-Ionen und Lithium-Polymer-Akkus
Der Hauptunterschied zwischen Lithium-Ionen- und Lithium-Polymer-Akkus liegt im Elektrolyt. Während Li-Ionen-Akkus einen flüssigen Lithiumsalz-Elektrolyten verwenden, setzen Li-Polymer-Akkus auf einen festen Polymer-Elektrolyten, der eine höhere spezifische Energie ermöglicht. Diese Akkus werden häufig in leichten Systemen wie Mobilgeräten, Drohnen und einigen Elektrofahrzeugen verwendet.
Parameter von Handy-Akkus
Um Handy-Akkus zu vergleichen und zu verstehen, sind bestimmte Parameter entscheidend. Dazu gehören die Zellspannung, die typischerweise bei 3,8 Volt liegt, die Abschaltspannung, die die „leere“ Batterie definiert, und die Kapazität, die die gesamte verfügbare Amperestundenmenge angibt, wenn die Batterie bei einem bestimmten Entladestrom von 100 % auf die Abschaltspannung entladen wird. Die C-Rate beschreibt, wie schnell ein Akku im Verhältnis zu seiner maximalen Kapazität entladen oder aufgeladen wird.
Lebensdauer und Degradation von Lithium-Ionen-Akkus
Jeder Lade-Entlade-Zyklus führt zu einer gewissen Degradation des Akkus. Diese Degradation kann aufgrund der Migration von Elektrolyten oder dem Ablösen von aktivem Material von den Elektroden auftreten. Moderne 18650 Lithium-Ionen-Akkus haben typischerweise eine Lebensdauer von 300 – 500 Ladezyklen. Die optimale Ladepraxis besteht darin, den Akku zwischen 30 % und 90 % zu halten.
Einflussfaktoren auf die Degradation
Die Degradation von Lithium-Ionen-Akkus ist stark temperaturabhängig. Hohe Temperaturen während des Ladens können zu einer Beschleunigung der Degradation führen. Ebenso haben Faktoren wie tiefe Entladungen, hohe C-Raten, extreme Temperaturen und Betrieb bei hohen Ladezuständen einen negativen Einfluss auf die Akkukapazität und beschleunigen die Degradation.
Weitere Batterietypen
Neben Lithium-Ionen-Akkus gibt es eine Vielzahl anderer Batterietypen, die in verschiedenen Größen und Chemien erhältlich sind. Diese umfassen primäre (nicht wiederaufladbare) und sekundäre (wiederaufladbare) Batterien sowie Batterien für spezifische Anwendungen und unterschiedliche Spannungen.
