Lithium-Ionen-Akkus (Li-Ion-Akkus)
Welche Vorteile bieten Lithium-Ionen-Akkus gegenüber älteren Akkutypen?
· Hohe Energiedichte. Das heißt, im Vergleich zu älteren Akkutypen speichern sie mehr Energie auf kleinerem Raum. Das ermöglicht eine kompakte Bauform. Dazu kommt, dass Lithium ein sehr leichtes Metall ist. Das spart Gewicht.
· Längere Lebensdauer. Bis zu 1.000 Ladezyklen sind möglich, hört man oft – und das ist richtig. Wobei sich die Zahl 1.000 auf das Aufladen von null auf 100 Prozent bezieht. Bei Teilladungen, die ja eher dem üblichen Nutzungsszenario entsprechen, sind mehr Ladezyklen möglich.
· Kein Memory-Effekt. Wurden die früher üblichen Nickel-Cadmium-Akkus geladen, bevor sie leer waren, „merkten“ sie sich den Füllstand und konnten danach nur noch zum Teil entladen werden. Dieses Phänomen gibt es bei Li-Ion-Akkus nicht. Allerdings dürfen Li-Ion-Akkus nicht vollständig entladen werden, da sind sonst beschädigt werden können (siehe auch die Frage zu den Nachteilen von Li-Ion-Akkus).
· Geringe Selbstentladung. Li-Ion-Akkus entladen sich bei Nichtgebrauch langsamer als ältere Akkutypen. Unter der Voraussetzung, dass sie vor extremen Temperaturen geschützt gelagert werden, beträgt der Kapazitätsverlust (= der Verlust an ursprünglich gespeicherter Ladungsmenge) lediglich ein bis zwei Prozent pro Monat (bei großen E-Auto-Akkus drei bis fünf Prozent).
· Schnellladen möglich. Mithilfe geeigneter Ladegeräte sind kurze Ladezeiten erzielbar.
Welche Nachteile haben Lithium-Ionen-Akkus?
· Gefahr der Tiefentladung. Eine vollständige Entladung kann bei Li-Ion-Akkus dazu führen, dass die Spannung zu weit absinkt. Das kann eine irreparable Schädigung zur Folge haben, die negative Auswirkungen auf Kapazität und Lebensdauer hat. Im schlimmsten Fall kommt es zu einem Kurzschluss und in der Folge zu einem schwer löschbaren Brand.
· Temperaturempfindlichkeit. Die „Wohlfühltemperatur“ von Li-Ion-Akkus beträgt etwa 20 Grad Celsius. Weniger als 10 und mehr als 35 Grad Umgebungstemperatur schadet ihnen auf Dauer. Unbedingt vermeiden sollte man auch direkte Sonneneinstrahlung.
· Empfindlichkeit gegenüber Beschädigungen. Fällt z.B. das Handy zu Boden, können kleine Risse in den Akkumembranen entstehen. Beim Aufladen könnten sich diese ausweiten und einen Kurzschluss hervorrufen. Ein untrügliches Alarmsignal sind sichtbare Beschädigungen des Akkus: Ausbeulungen des Gehäuses, Schmelz- bzw. Sengspuren, Austritt von Flüssigkeit oder Erwärmung des Akkus im ausgeschalteten Zustand – all dies kann zur Selbstentzündung führen.
Wie gut sind Nachbau-Akkus?
Ausreißer gibt es immer, doch im Großen und Ganzen kann man sich darauf verlassen, dass Akkus den heute üblichen Standards entsprechen. Das gilt auch für Nachbauten. Vermeiden sollte man allerdings, auf Internetplattformen Billigangebote aus Fernost auszuwählen. Im Zweifelsfall ist es besser, beim Original zu bleiben.
Gibt es den Memory-Effekt bei Li-Ion-Akkus?
Der berüchtigte Memory-Effekt gehört bei Li-Ion der Vergangenheit an. Bei den früher üblichen und aus Umweltschutzgründen heute weitgehend verbotenen Nickel-Cadmium-Akkus galt die Regel, sie möglichst bis zum Ende ihrer Kapazität zu nutzen und erst dann wieder zu laden. Wurden sie geladen, bevor sie leer waren, „merkten“ sie sich den Füllstand und konnten danach nur noch zum Teil entladen werden. Den Memory-Effekt konnte man zumindest reduzieren, indem man den Nickel-Cadmium-Akku mehrmals vollständig geladen und wieder entladen hat.
Darf man Li-Ion-Akkus vollständig entladen?
Das sollte man unbedingt vermeiden. Bei Li-Ion-Akkus besteht die Gefahr einer Tiefentladung. Eine vollständige Entladung kann dazu führen, dass die Spannung zu weit absinkt, und das kann eine irreparable Schädigung zur Folge haben, die negative Auswirkungen auf Kapazität und Lebensdauer hat. Im schlimmsten Fall kommt es zu einem Kurzschluss und in weiterer Folge zu einem Brand.
Was ist das Batteriemanagementsystem?
In aller Regel haben Li-Ion-Akkus ein Batteriemanagementsystem (BMS), das nicht nur eine Tiefentladung, sondern auch eine ebenfalls schädliche Überladung verhindern soll. Bei den meisten gängigen Produkten, ob Handy oder Akkuschrauber, gibt es so eine Schutzschaltung und sie funktioniert auch. Es gibt allerdings Ausnahmen, vor allem bei Billigangeboten aus Fernost.
Soll man Li-Ion-Akkus zu 100 Prozent laden?
Wer seinen Akku möglichst lange nutzen will, sollte ihn nicht komplett aufladen, weil die Belastung für den Energiespeicher immer höher wird, je höher der Ladestand ist. Experten raten dazu, den Ladestand nicht unter 10 Prozent sinken und über 90 Prozent steigen zu lassen. Als optimal wird ein Ladestand zwischen 30 und 80 Prozent angesehen. Kleingeräte wie elektrische Zahnbürsten oder Rasierapparate verfügen allerdings häufig über keine Ladestandsanzeige. Da kann man sich behelfen, wenn man weiß, wie lange das Gerät bis zur Vollladung braucht. Sind es beispielsweise zwei Stunden, dann stoppt man den Ladevorgang eben nach rund 100 Minuten.
Kann ich den Akku über Nach laden?
Vollständiges Aufladen sollte man zur Schonung des Akkus vermeiden. Daher ist auch das Aufladen über Nacht, wie es häufig beim Smartphone praktiziert wird, nicht empfehlenswert. Bleibt der Akku am Ladegerät, kann es sein, dass der Ladevorgang immer wieder neu anspringt, wenn der Ladestand ein wenig gesunken ist. Diese Miniaufladungen sind besonders schädlich. Besser ist es, das Gerät nur zum Teil aufzuladen (bis man schlafen geht) und am Morgen weiter zu laden. Das schadet dem Akku weit weniger.
Sind 1.000 Ladezyklen möglich?
Man muss nicht befürchten, dass ein Li-Ion-Akku weniger lang genutzt werden kann, weil man öfter lädt. Die häufig genannte Zahl von 1.000 Ladezyklen, die ein Akku übersteht, gilt für eine Ladung von null auf 100. Bei Teilladungen sind mehr Ladezyklen möglich. Es ist auch empfehlenswert, das Gerät beim Ladevorgang abzuschalten, um ein ungestörtes Laden zu gewährleisten. Zumindest sollte man hohen Verbrauch vermeiden – also am Smartphone während des Ladens kein Video laufen lassen.
Wie soll man Li-Ion-Akkus überwintern?
Auch wenn Akkus nicht genutzt werden, entladen sie sich im Laufe der Zeit – die kalendarische Lebensdauer eines Akkus ist eben auch beschränkt. Wird der Akku längere Zeit nicht genutzt (etwa beim Überwintern des E-Bikes), sollte er regelmäßig – mindestens einmal im Jahr – auf etwa 60 Prozent zwischengeladen werden. Die Aufbewahrung sollte an einem kühlen und trockenen Ort erfolgen. Wenn möglich, den Akku aus dem Gerät nehmen und getrennt lagern. Die Akku-Kontakte dürfen nicht mit Metall (zum Beispiel Münzen, Schlüssel) in Berührung kommen, um einen Kurzschluss zu vermeiden. Daher sollten Akkus auch nicht ungeschützt gemeinsam mit anderen Akkus aufbewahrt werden. Am besten ist es, die Kontakte mit Klebestreifen abzudecken.
Schadet Hitze oder Kälte den Li-Ion-Akkus?
Li-Ion-Akkus sind sehr temperaturempfindlich. Die „Wohlfühltemperatur“ beträgt etwa 20 Grad Celsius. Weniger als 10 und mehr als 35 Grad mögen sie nicht, jedenfalls nicht auf Dauer. Es ist klar, dass dies speziell bei Smartphones nicht immer eingehalten werden kann. Aber die Belastung kann zumindest reduziert werden. Im Winter kann das Gerät möglichst nahe am Körper getragen werden. Im Sommer wird man das Handy klarerweise nicht gerade hinter der Windschutzscheibe ablegen, aber auch anderswo im Auto ist ein Mobiltelefon zu dieser Jahreszeit nicht gut aufgehoben. Im Fall von Überhitzung kann es vorkommen, dass sich das Smartphone von selbst abschaltet und eine Zeit lang den Dienst verweigert. Das dient dem Schutz von Gerät und Akku.
Schadet Schnellladen dem Akku?
Handyhersteller Samsung teilt dazu mit: „Lademethode und -geschwindigkeit haben keinen wesentlichen Einfluss auf die Lebensdauer des Akkus.“ Es gibt auch andere Meinungen, aber noch fehlen Langzeiterfahrungen. Tatsache ist, dass sich jeder namhafte Hersteller mit dem Thema auseinandersetzt und weiter am Batteriemanagementsystem feilt. Von der Mittelklasse aufwärts ist heute fast jedes aktuelle Gerät für das Schnellladen geeignet.
Welches ist das passende Ladegerät?
Wenn man darauf achtet, ein passendes, also vom Hersteller empfohlenes, Ladegerät zu verwenden (sofern es nicht ohnehin mitgeliefert wird), sollte das Schnellladen keinen Schaden anrichten. Ist das Handy nicht für schnelles Laden geeignet, schadet die Verwendung eines Schnellladegeräts im Übrigen auch nicht, weil Schnellladen nur funktioniert, wenn beide beteiligten Geräte es auch tatsächlich unterstützen.
Wie schlecht ist kabelloses Laden?
Immer öfter gibt es die Möglichkeit einer kabellosen Ladung (nicht zuletzt für Handys und Smartwatches). Dabei wird das Gerät auf eine spezielle Ladestation gelegt und der Akku mittels Induktion „aufgefüllt“. Der große Vorteil dabei ist, dass der Kabelsalat entfällt. Nachteile: Es wird deutlich mehr Energie benötigt und der Ladevorgang dauert länger. Außerdem stellt die höhere Temperaturbelastung einen Stressfaktor für den Akku dar, was die Lebensdauer reduzieren könnte.
Wann brennen Lithium-Ionen-Akkus?
Li-Ion-Akkus haben das größte Energiepotenzial, bergen deshalb aber auch das größte Risiko in sich. Bei starker Hitzeeinwirkung oder bei mechanischen Beschädigungen kann es zu Bränden kommen. Ein Handy braucht nur einmal zu Boden zu fallen. Dabei können kleine Risse in den Akkumembranen entstehen, die zunächst gar nicht sichtbar sind. Beim Aufladen können sich die Risse dann ausweiten und einen Kurzschluss hervorrufen, der wiederum zu einem Brand führen kann. Auch Feuchtigkeit sollte vermieden werden, Geräteteile könnten korrodieren und zu einem Sicherheitsrisiko werden (ausgenommen spezielle wasserfeste Geräte).
Wann sollte man einen Akku aus Sicherheitsgründen nicht mehr verwenden?
Ein untrügliches Alarmsignal sind sichtbare Beschädigungen des Akkus: Ausbeulungen des Gehäuses, Schmelz- bzw. Sengspuren, Austritt von Flüssigkeit oder Erwärmung des Akkus im ausgeschalteten Zustand – all dies kann zur Selbstentzündung führen.
Worauf soll man beim Laden achten?
Beim Laden ist besondere Vorsicht geboten. Nie ohne Aufsicht, daher auch nicht über Nacht laden. Brennbare Materialien sollten nicht unmittelbar mit dem Ladegerät in Berührung kommen (Vorhänge, Tischdecken, Kleidung). Am besten ist es, das Ladegerät und den Akku auf einer freien Fläche (Fliesen- oder Steinboden) zu platzieren.
Was sind die Probleme beim Lithium-Abbau?
Die Gewinnung von Lithium ist meist mit hohem Wasserverbrauch und massiven Umweltbelastungen verbunden. Eines der größten Lithium-Vorkommen befindet sich im Norden Chiles in der Atacama-Wüste, einer der trockensten Regionen der Welt. Die Lithium-Gewinnung wirkt sich dort verheerend auf die verschwindend kleinen Wasserreserven aus, da salzhaltiges Grundwasser an die Oberfläche gepumpt und in künstlich angelegten Becken verdampft wird. Der Grundwasserspiegel sinkt immer weiter ab – die Lebensgrundlage für die großteils indigene Bevölkerung geht verloren, die toxischen Staubwolken gefährden die Gesundheit.
Kann Lithium recycelt werden?
Technologisch gäbe es kein Hindernis, Lithium zu recyceln und damit den extrem schädlichen Abbau des Metalls zu reduzieren. Aber noch ist Recycling teurer, als das Rohmaterial abzubauen. Die gute Nachricht: Die teils extrem toxischen Metalle, die in der Kathode enthalten sind, werden heute schon zu einem großen Teil recycelt, beispielsweise Kobalt, aber auch Nickel, Mangan, Kupfer oder Aluminium. Einen vollständigen Einsatz recycelter Stoffe soll es auch bei Seltenen Erden, sowie Zinn oder Gold in Leiterplatten bald geben.