Ein Akkumulator, allgemein als Akku bekannt, ist ein elektrochemischer Energiespeicher. Er speichert elektrische Energie in chemischer Form und kann sie bei Bedarf wieder abgeben. Diese Geräte sind wiederaufladbar und bestehen typischerweise aus zwei Elektroden und einem Elektrolyten.
Akkus finden breite Anwendung in vielen Bereichen, besonders in Handys und anderen mobilen Geräten. Dort spielen sie eine entscheidende Rolle bei der Energieversorgung. Die Funktionsweise eines Akkus ermöglicht es, ihn bis zu 10.000 Mal wieder aufzuladen. Das macht ihn zu einem langlebigen und kosteneffizienten Energiespeicher.
Der optimal Akku für Ihr Handy sollte zwischen 20 % und 80 % geladen gehalten werden. So sichert man ihm eine lange Lebensdauer. Besonders High-End Mobilfunk Geräte profitieren von modernen Akku-Technologien wie Li-Ionen-Akkus.
Definition und Funktionsweise eines Akkus
Ein Akku, auch als Akkumulator bekannt, ist ein wiederaufladbarer Energiespeicher. Er wird in vielen Geräten, wie im Handy, eingesetzt. Die Basis eines Akkus ist eine elektrochemische Reaktion zwischen zwei Elektroden und einem Elektrolyt. Diese Reaktion ermöglicht die Speicherung und Abgabe von Energie.
Was ist ein Akku?
Ein Akku ist ein Speichermedium für elektrische Energie, der durch chemische Prozesse funktioniert. Die elektrochemischen Reaktionen in einem Akku sind umkehrbar. Das bedeutet, der Akku kann immer wieder aufgeladen werden. Durch diese Reversibilität kann der Akku elektrische Energie speichern und abgeben.
Wie funktioniert ein Akku?
Die Funktionsweise eines Akkus basiert auf dem Wechselspiel von Laden und Entladen. Beim Laden wird durch eine äußere elektrische Spannung eine umgekehrte chemische Reaktion erzeugt. So nimmt der Akku Energie auf und speichert sie. Beim Entladen fließt die gespeicherte elektrische Energie wieder zurück.
Typischerweise bestehen Akkus aus Materialien wie Nickel, Lithium und Cadmium. Je nach Spezifikation und Einsatzgebiet variieren diese. Die wiederaufladbare Eigenschaft macht den Akku besonders effizient und nachhaltig.
Ein gängiges Beispiel für einen Akku ist der Lithium-Ionen-Akku, der in vielen Handys verwendet wird. Im Jahr 2022 erreichte der Umsatz der deutschen Batteriebranche beeindruckende 8,9 Milliarden Euro. Dies ist ein deutlicher Anstieg gegenüber den 5,4 Milliarden Euro im Jahr 2021. Diese Steigerung zeigt die wachsende Bedeutung und Nachfrage nach modernen Energiespeicher-Technologien.
| Jahr | Preis Li-Ion-Akkus (€/kWh) | Weltweite Nachfrage (GWh) |
|---|---|---|
| 2010 | 600 | 134 |
| 2023 | – | 718 |
| 2025 | 83 | – |
| 2030 | – | 3.127 |
Geschichtliche Entwicklung der Akkutechnologie
Die *Akkutechnologie* hat seit über zwei Jahrhunderten enorm vorankommen. Ihre Anfänge liegen in den frühen Experimenten und Erfindungen, die die Basis für heutige *Innovationen* schufen. Diese sind heute unverzichtbar in der Elektroauto-Industrie.
Frühe Entwicklungen
Die erste bekannte *Akkutechnologie* entstand 1803 durch Johann Wilhelm Ritter. Er baute einen wiederaufladbaren Akkumulator. Ein weiterer Meilenstein war 1854, als Wilhelm Josef Sinsteden den Bleiakkumulator erfand. Gaston Planté verbesserte 1859 die Technologie durch eine spiralförmige Anordnung der Bleiplatten.
Ein wichtiger Fortschritt war 1899, als nasse und trockene Elemente als Stromquellen für Telegrafen dienten. 1924 unterstützten 12-zellige Batterien die Stromversorgung von Fernsprechämtern. Das verdeutlichte die Bedeutung der Akkumulatoren in Kommunikationssystemen.
Die Energiedichte war damals begrenzt. Bleiakkumulatoren hatten eine Energiedichte von 30 Wh/kg und kosteten etwa 100 €/kWh. Trotz der Einschränkungen waren sie wichtige Vorläufer für heutige Technologien.
Moderne Akkutypen
Im 20. und 21. Jahrhundert entwickelten sich neue, effizientere Akkutypen. Hervorzuheben sind die *Lithium-Ionen-Akkus*, die eine Energiedichte von 120–260 Wh/kg erreichen. Sony führte sie 1991 kommerziell ein und revolutionierten damit *Elektroautos* und tragbare Geräte.
Lithium-Ionen-Batterien wurden leistungsfähiger und günstiger. Seit den 1990er Jahren sank der Herstellungspreis um ein Hundertstel. Heute erreichen Prototypen bis zu 700 Wh/kg.
Ein Beispiel für Innovationen ist der *Lithium-Eisenphosphat-Akkumulator* (LiFePO4). Er erreicht über 5000 Zyklen bei 80 % Entladetiefe. Diese Akkus haben eine geringe Selbstentladung und können theoretisch 20 Jahre halten.
Lithium-Ionen-Akkumulatoren sind zentral für die Elektromobilität. Die Nachfrage nach diesen Zellen für Elektroautos wird laut dem Fraunhofer-Institut für System- und Innovationsforschung ISI bis 2030 um den Faktor 20 bis 40 steigen.
| Akkutyp | Energiedichte (Wh/kg) | Kosten (€/kWh) | Zyklenlebensdauer |
|---|---|---|---|
| Bleiakkumulator | 30 | 100 | 500–800 |
| Lithium-Ionen-Akku | 120–260 | 200* | 1000–2000 |
| Lithium-Eisenphosphat-Akku | 90–110 | 200–300* | 5000+ |
*Preise schwanken je nach Entwicklungsjahr
Die vielfältigen Anwendungen und kontinuierlichen Innovationen in der *Akkutechnologie* haben die Möglichkeiten der Elektromobilität und anderer moderner Technologien erweitert. Sie sind ein entscheidendes Element der heutigen und zukünftigen technischen Landschaft.
Akku-Typen und ihre Anwendungen
Die Wahl des richtigen Akku-Typs hängt stark von der spezifischen Anwendung und den Anforderungen ab. Lithium-Ionen-Akkus und Nickel-Metallhydrid-Akkus sind die gängigsten Typen. Sie zeigen in verschiedenen Geräten und Einsatzbereichen ihre Vorteile.
Lithium-Ionen-Akkus
Lithium-Ionen-Akkus bieten hohe Energiedichte und geringe Selbstentladung. Diese Eigenschaften machen sie ideal für Anwendungen mit hoher Leistung und langer Lebensdauer. Smartphones, Notebooks, Kameras und Elektrofahrzeuge wie E-Bikes und E-Scooter nutzen sie oft.
Ein großer Vorteil ist, dass der Memory-Effekt bei Lithium-Ionen-Akkus nicht auftritt. Dies ist ein Unterschied zu anderen Akku-Typen. Dennoch ist Vorsicht geboten, da Überladung und extreme Temperaturen Risiken darstellen. Schutzschaltungen und Lagerung bei 10-25 °C sind daher wichtig.
Nickel-Metallhydrid-Akkus
Nickel-Metallhydrid-Akkus (NiMH) sind eine robuste und kostengünstige Alternative. Sie haben eine höhere Energiedichte als Nickel-Cadmium-Akkus und sind für ihre Kapazitätsarretierung bekannt. Elektrische Werkzeuge und Hybridfahrzeuge nutzen sie oft.
Obwohl sie umweltfreundlicher und energiedichter sind, benötigen sie ein mikrocontrollergesteuertes Ladeverfahren. Dies hilft, höhere Temperaturen während des Ladevorgangs zu bewältigen.
Die Wahl zwischen Lithium-Ionen- und Nickel-Metallhydrid-Akkus hängt von den Anforderungen der Anwendung ab. Lithium-Ionen-Akkus eignen sich für elektronische Geräte mit hoher Speicherkapazität und langer Lebensdauer. NiMH-Akkus bieten eine zuverlässige und umweltfreundlichere Lösung für leistungsstarke Anwendungen.
