Akkumulatoren sind eine gute Sache. Sie lassen sich für wenig Geld aufladen und am Ende ihres Lebens einsammeln und recyceln, also optimal entsorgen. Allerdings sind sie etwas teurer als handelsübliche Einwegbatterien und müssen vor dem ersten Gebrauch geladen werden. SANYO, der japanische Weltmarktführer bei wiederaufladbaren Batterien, hat mit eneloop einen neuartigen Akkutyp auf den Markt gebracht, der bereits beim Kauf geladen ist und auch bei längerer Lagerung einer erheblich geringeren Selbstentladung unterliegt. Hinzu kommt eine optimale, hohe Spannungslage, die dazu führt, dass sich elektrische Geräte erst wesentlich später abschalten. So werden effektive Entladungen ermöglicht.
Batterien und Akkumulatoren, kurz Akkus, bestehen aus zwei Elektroden, dem Elektrolyt und dem Separator sowie einer nicht leitenden Kunststoffmembran. Die elektrische Energie entsteht durch eine chemische Entladungsreaktion der Elektroden, wobei die Elektronen nicht direkt, sondern über einen äußeren Stromkreis abgegeben werden. Dieses Prinzip der Stromerzeugung ist bei Batterien und Akkus grundsätzlich gleich. Jedoch ist dieser Vorgang bei Batterien, auch Primärzellen genannt, nur einmal möglich, während bei Akkus (Sekundärzellen) die chemische Reaktion auch umgekehrt werden kann.
Verschiedene Akkutypen
Die verschiedenen Akkutypen unterscheiden sich durch das Material von Elektroden, Elektrolyt und Separator. Folgende Typen sind auf dem Gebiet der Konsumerelektronik am häufigsten in Gebrauch:
1. Nickel-Cadmium (NiCd)
Eine Elektrode enthält als aktives Material eine cadmiumhaltige, die zweite eine nickelhaltige Verbindung, als Elektrolyt wird Kalilauge verwendet. Wegen ihrer hohen Belastbarkeit gelten NiCd-Akkus bislang als besonders gut geeignet für Geräte, die kurzfristig hohe Strommengen benötigen, wie zum Beispiel Blitzgeräte für Fotoapparate. NiCd-Akkus können bei moderatem Spannungsabfall hohe Ströme liefern, neigen allerdings zur Selbstentladung, die bis zu einem Prozent täglich betragen kann. Außerdem speichern NiCd-Akkus weniger Energie als Nickel-Metallhydrid- oder Lithium-Ionen-Akkus. Auch der sogenannte „Memoryeffekt“, der bei häufigen Teilentladungen eine geringere Ladungsaufnahme und -entnahme zur Folge hat, kann vor allem bei NiCd-Akkus auftreten. Und schließlich wird auch die Verwendung des giftigen Schwermetalls Cadmium als bedenklich angesehen.
2. Nickel-Metallhydrid (NiMH)
Der Einsatz des umweltfreundlicheren Metallhydrids (seltene Erden-Wasserstoffspeicherlegierung) anstelle von Cadmium in der negativen Elektrode bewirkt eine deutliche Erhöhung der Energiedichte (Kapazität bei gleichem Volumen). Allerdings ist die Belastbarkeit von NiMH-Akkus in der Regel gegenüber NiCd reduziert. Sie gelten daher als ideal für Geräte mit mittleren Strömen aber hohem Energiebedarf wie zum Beispiel tragbare CD-Player.
3. Lithium-Ionen (Li-Ion)
Li-Ion-Akkus haben spezielle Lithiumeinlagerungselektroden aus einem Metalloxyd auf der positiven und einer Kohlenstoffverbindung auf der negativen Elektrode sowie einen organischen Elektrolyt. Sie unterscheiden sich von NiCd- und NiMH-Akkus wesentlich sowohl in Material wie auch in ihrer dreifach höheren Akkuspannung und deutlich geringeren Selbstentladung. Li-Ion-Akkus reagieren z.B. sehr empfindlich auf Überladung, so dass sie nicht als Einzelakkus sondern nur in Batteriepacks mit Sicherheitselektronik auf den Markt kommen. Ihre Energiedichte – besonders gewichtsbezogen – ist auch gegenüber NiMH-Akkus nochmals deutlich größer. Li-Ion-Akkus kommen insbesondere bei Mobiltelefonen und Notebooks zum Einsatz.
Akku-Besonderheiten
1. Selbstentladung: Herkömmliche Akkus verlieren ihre Ladung auch ohne Stromentnahme bereits während der Lagerung. Der Effekt betrifft insbesondere Akkus auf Nickelbasis. Er ist absolut gesehen am größten in den ersten 24 Stunden nach dem Aufladen und nimmt dann ab. Allerdings ist der Akku innerhalb weniger Monate so stark entladen, dass er vor Gebrauch erst wieder geladen werden muss. Die Selbstentladung ist also ein reversibler Kapazitätsverlust und steigt stark mit der Temperatur (etwa um den Faktor zwei bei einer Temperaturerhöhung um 10°C) an.
2. Zyklenlebensdauer: Akkus weisen eine natürliche Abnahme ihrer Entladekapazität über die Ladezyklenanzahl auf. Und das umso mehr, wenn sie bei hohen Temperaturen und Strömen zyklisiert, also geladen und entladen werden. Hierbei handelt es sich um einen irreversiblen Kapazitätsverlust. Allerdings ist das Ausmaß bei den verschiedenen Typen sehr unterschiedlich ausgeprägt. Ein „guter“ Akku sollte auch nach mehreren Hundert Zyklen noch über eine ausreichende Kapazität (80 Prozent der Anfangskapazität) verfügen. Viele auf besonders hohe (Anfangs-) Kapazitäten ausgelegte Akkus zeigen hier erhebliche Probleme.
3. Belastbarkeit: Bei hohen Strömen (z.B. bei Blitzlicht) kann die Spannung über den Innenwiderstand zusammenbrechen und vorschnell die Geräteabschaltspannung erreichen. Das benutzte Gerät schaltet sich ab, obwohl die vorhandene Energiemenge bei geringeren Entladeströmen noch zur Verfügung stehen würde.
4. Entladekurve (Entladespannungsverlauf): Neben der grundsätzlichen Belastbarkeit kommt es bei Akkus auf eine möglichst flache Entladekurve an, so dass bei fortgeschrittener Entladung noch ein möglichst hohes Spannungsniveau vorliegt. Einige Geräte (z.B. Digitalkameras) schalten bereits bei Erreichen eines Spannungswertes von ca. 1,2 Volt ab. Der Akku kann dann bei vorzeitigem Erreichen dieser Spannung seine gesamte Energie wie bei einer normalen Entladung bis ca. 1,0 Volt gar nicht mehr abgeben.
Die eneloop-Technologie
Bei eneloop handelt es sich um einen neuartigen Nickel-Metallhydrid-Akku. Durch die Optimierung der verschiedenen Komponenten wurden die wesentlichen Probleme herkömmlicher Akkus wie Selbstentladung und Spannungsabfall aufgrund zu geringer Belastbarkeit oder einer zu steilen Entladekurve minimiert.
Die Selbstentladung hat verschiedene Ursachen, die in den Elektrodenkompositionen, dem Elektrolyt und dem Separator begründet sind. Neben der Einführung einer neuen sogenannten Superkristallgitter (Wasserstoffspeicher)-Legierung (Superlattice Alloy) in der negativen Elektrode, die die grundsätzliche Akku-Performance erheblich verbessert, wurde die besondere eneloop-Charakteristik in Sachen Selbstentladung und Spannungslage auch durch spezielle Maßnahmen an der positiven Elektrode sowie durch einen optimierten Elektrolyt und Separator erreicht.
Einmal geladen, hält die eneloop ihre Ladung über viele Monate. Nach sechs Monaten sind noch 90 Prozent, nach einem Jahr noch 85 Prozent und nach zwei Jahren sogar noch 70 Prozent der Anfangsladung vorhanden. Das alles geht einher mit einer hohen Spannungslage, die eine vorzeitige Geräteabschaltung verhindert.
Batterien und Akkumulatoren, kurz Akkus, bestehen aus zwei Elektroden, dem Elektrolyt und dem Separator sowie einer nicht leitenden Kunststoffmembran. Die elektrische Energie entsteht durch eine chemische Entladungsreaktion der Elektroden, wobei die Elektronen nicht direkt, sondern über einen äußeren Stromkreis abgegeben werden. Dieses Prinzip der Stromerzeugung ist bei Batterien und Akkus grundsätzlich gleich. Jedoch ist dieser Vorgang bei Batterien, auch Primärzellen genannt, nur einmal möglich, während bei Akkus (Sekundärzellen) die chemische Reaktion auch umgekehrt werden kann.
Verschiedene Akkutypen
Die verschiedenen Akkutypen unterscheiden sich durch das Material von Elektroden, Elektrolyt und Separator. Folgende Typen sind auf dem Gebiet der Konsumerelektronik am häufigsten in Gebrauch:
1. Nickel-Cadmium (NiCd)
Eine Elektrode enthält als aktives Material eine cadmiumhaltige, die zweite eine nickelhaltige Verbindung, als Elektrolyt wird Kalilauge verwendet. Wegen ihrer hohen Belastbarkeit gelten NiCd-Akkus bislang als besonders gut geeignet für Geräte, die kurzfristig hohe Strommengen benötigen, wie zum Beispiel Blitzgeräte für Fotoapparate. NiCd-Akkus können bei moderatem Spannungsabfall hohe Ströme liefern, neigen allerdings zur Selbstentladung, die bis zu einem Prozent täglich betragen kann. Außerdem speichern NiCd-Akkus weniger Energie als Nickel-Metallhydrid- oder Lithium-Ionen-Akkus. Auch der sogenannte „Memoryeffekt“, der bei häufigen Teilentladungen eine geringere Ladungsaufnahme und -entnahme zur Folge hat, kann vor allem bei NiCd-Akkus auftreten. Und schließlich wird auch die Verwendung des giftigen Schwermetalls Cadmium als bedenklich angesehen.
2. Nickel-Metallhydrid (NiMH)
Der Einsatz des umweltfreundlicheren Metallhydrids (seltene Erden-Wasserstoffspeicherlegierung) anstelle von Cadmium in der negativen Elektrode bewirkt eine deutliche Erhöhung der Energiedichte (Kapazität bei gleichem Volumen). Allerdings ist die Belastbarkeit von NiMH-Akkus in der Regel gegenüber NiCd reduziert. Sie gelten daher als ideal für Geräte mit mittleren Strömen aber hohem Energiebedarf wie zum Beispiel tragbare CD-Player.
3. Lithium-Ionen (Li-Ion)
Li-Ion-Akkus haben spezielle Lithiumeinlagerungselektroden aus einem Metalloxyd auf der positiven und einer Kohlenstoffverbindung auf der negativen Elektrode sowie einen organischen Elektrolyt. Sie unterscheiden sich von NiCd- und NiMH-Akkus wesentlich sowohl in Material wie auch in ihrer dreifach höheren Akkuspannung und deutlich geringeren Selbstentladung. Li-Ion-Akkus reagieren z.B. sehr empfindlich auf Überladung, so dass sie nicht als Einzelakkus sondern nur in Batteriepacks mit Sicherheitselektronik auf den Markt kommen. Ihre Energiedichte – besonders gewichtsbezogen – ist auch gegenüber NiMH-Akkus nochmals deutlich größer. Li-Ion-Akkus kommen insbesondere bei Mobiltelefonen und Notebooks zum Einsatz.
Akku-Besonderheiten
1. Selbstentladung: Herkömmliche Akkus verlieren ihre Ladung auch ohne Stromentnahme bereits während der Lagerung. Der Effekt betrifft insbesondere Akkus auf Nickelbasis. Er ist absolut gesehen am größten in den ersten 24 Stunden nach dem Aufladen und nimmt dann ab. Allerdings ist der Akku innerhalb weniger Monate so stark entladen, dass er vor Gebrauch erst wieder geladen werden muss. Die Selbstentladung ist also ein reversibler Kapazitätsverlust und steigt stark mit der Temperatur (etwa um den Faktor zwei bei einer Temperaturerhöhung um 10°C) an.
2. Zyklenlebensdauer: Akkus weisen eine natürliche Abnahme ihrer Entladekapazität über die Ladezyklenanzahl auf. Und das umso mehr, wenn sie bei hohen Temperaturen und Strömen zyklisiert, also geladen und entladen werden. Hierbei handelt es sich um einen irreversiblen Kapazitätsverlust. Allerdings ist das Ausmaß bei den verschiedenen Typen sehr unterschiedlich ausgeprägt. Ein „guter“ Akku sollte auch nach mehreren Hundert Zyklen noch über eine ausreichende Kapazität (80 Prozent der Anfangskapazität) verfügen. Viele auf besonders hohe (Anfangs-) Kapazitäten ausgelegte Akkus zeigen hier erhebliche Probleme.
3. Belastbarkeit: Bei hohen Strömen (z.B. bei Blitzlicht) kann die Spannung über den Innenwiderstand zusammenbrechen und vorschnell die Geräteabschaltspannung erreichen. Das benutzte Gerät schaltet sich ab, obwohl die vorhandene Energiemenge bei geringeren Entladeströmen noch zur Verfügung stehen würde.
4. Entladekurve (Entladespannungsverlauf): Neben der grundsätzlichen Belastbarkeit kommt es bei Akkus auf eine möglichst flache Entladekurve an, so dass bei fortgeschrittener Entladung noch ein möglichst hohes Spannungsniveau vorliegt. Einige Geräte (z.B. Digitalkameras) schalten bereits bei Erreichen eines Spannungswertes von ca. 1,2 Volt ab. Der Akku kann dann bei vorzeitigem Erreichen dieser Spannung seine gesamte Energie wie bei einer normalen Entladung bis ca. 1,0 Volt gar nicht mehr abgeben.
Die eneloop-Technologie
Bei eneloop handelt es sich um einen neuartigen Nickel-Metallhydrid-Akku. Durch die Optimierung der verschiedenen Komponenten wurden die wesentlichen Probleme herkömmlicher Akkus wie Selbstentladung und Spannungsabfall aufgrund zu geringer Belastbarkeit oder einer zu steilen Entladekurve minimiert.
Die Selbstentladung hat verschiedene Ursachen, die in den Elektrodenkompositionen, dem Elektrolyt und dem Separator begründet sind. Neben der Einführung einer neuen sogenannten Superkristallgitter (Wasserstoffspeicher)-Legierung (Superlattice Alloy) in der negativen Elektrode, die die grundsätzliche Akku-Performance erheblich verbessert, wurde die besondere eneloop-Charakteristik in Sachen Selbstentladung und Spannungslage auch durch spezielle Maßnahmen an der positiven Elektrode sowie durch einen optimierten Elektrolyt und Separator erreicht.
Einmal geladen, hält die eneloop ihre Ladung über viele Monate. Nach sechs Monaten sind noch 90 Prozent, nach einem Jahr noch 85 Prozent und nach zwei Jahren sogar noch 70 Prozent der Anfangsladung vorhanden. Das alles geht einher mit einer hohen Spannungslage, die eine vorzeitige Geräteabschaltung verhindert.
