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Der Lithium-Ionen-Akku erfreut sich in vielen Bereichen der Haushaltselektronik großer Beliebtheit. Sie kommen häufig in Gegenständen wie MP3-Playern, Telefonen, PDAs und Laptops vor. Ähnlich wie andere Technologien hat auch die Lithium-Ionen-Batterie vielfältige Vor- und Nachteile.
Die Profis:
Hohe Energiedichte: Die hohe Energiedichte ist einer der Hauptvorteile der Lithium-Ionen-Batterietechnologie. Da elektronische Geräte wie Mobiltelefone zwischen den Ladevorgängen länger laufen müssen und dennoch mehr Strom verbrauchen, besteht immer Bedarf an Batterien mit einer viel höheren Energiedichte. Darüber hinaus gibt es zahlreiche Elektroanwendungen, von Elektrowerkzeugen bis hin zu Elektrofahrzeugen. Ein klarer Vorteil ist die deutlich höhere Leistungsdichte von Lithium-Ionen-Batterien. Auch Elektrofahrzeuge benötigen Batterietechnologie mit hoher Energiedichte.
Selbstentladung: Ein Problem bei vielen wiederaufladbaren Batterien ist die Selbstentladungsrate. Lithium-Ionen-Zellen zeichnen sich dadurch aus, dass ihre Selbstentladungsrate viel geringer ist als die anderer wiederaufladbarer Zellen wie Ni-Cad- und NiMH-Formen. Typischerweise liegt er in den ersten 4 Stunden nach dem Aufladen bei etwa 5 %, sinkt dann aber auf einen Wert von etwa 1 oder 2 % pro Monat.
Geringer Wartungsaufwand: Ein großer Vorteil von Lithium-Ionen-Batterien besteht darin, dass sie keinen Wartungsaufwand erfordern, um ihre Leistung sicherzustellen.
Ni-Cad-Zellen Eine regelmäßige Entladung war erforderlich, um sicherzustellen, dass der Memory-Effekt nicht auftrat. Da dies keine Auswirkungen auf Lithium-Ionen-Zellen hat, ist dieser Vorgang oder ähnliche Wartungsverfahren nicht erforderlich. Ebenso erfordern Blei-Säure-Zellen eine Wartung, bei einigen muss die Batteriesäure regelmäßig nachgefüllt werden.
Glücklicherweise besteht einer der Vorteile von Lithium-Ionen-Batterien darin, dass keine aktive Wartung erforderlich ist.
Zellspannung: Die von jeder Lithium-Ionen-Zelle erzeugte Spannung beträgt etwa 3,6 Volt. Das hat viele Vorteile. Da die Spannung jeder Lithium-Ionen-Zelle höher ist als die der Standard-Nickel-Cadmium-, Nickel-Metallhydrid- und sogar Standard-Alkalizellen (ca. 1,5 Volt) und Bleisäure (ca. 2 Volt pro Zelle), ist sie höher und erfordert weniger Zellen viele Batterieanwendungen. Bei Smartphones genügt eine einzige Zelle, was die Energieverwaltung vereinfacht.
Belastungseigenschaften: Die Ladeeigenschaften einer Lithium-Ionen-Zelle oder Batterie sind einigermaßen gut. Sie liefern einigermaßen konstante 3,6 Volt pro Zelle, bevor sie mit der letzten Ladung abfallen.
Kein Vorbereiten erforderlich: Einige wiederaufladbare Zellen müssen beim ersten Aufladen vorbereitet werden. Ein Vorteil von Lithium-Ionen-Batterien besteht darin, dass diese nicht erforderlich sind und betriebsbereit geliefert werden.
Verschiedene Typen verfügbar: Es gibt verschiedene Arten von Lithium-Ionen-Zellen. Dieser Vorteil von Lithium-Ionen-Batterien kann dazu führen, dass für die jeweilige Anwendung die richtige Technologie eingesetzt werden kann. Einige Arten von Lithium-Ionen-Batterien bieten eine hohe Stromdichte und eignen sich ideal für mobile elektronische Verbrauchergeräte. Andere können viel höhere Stromstärken liefern und sind ideal für Elektrowerkzeuge und Elektrofahrzeuge.
Die Nachteile:
Schutzbedarf: Lithium-Ionen-Zellen und -Batterien sind nicht so robust wie einige andere wiederaufladbare Technologien. Sie müssen vor Überladung und zu starker Entladung geschützt werden. Darüber hinaus muss der Strom innerhalb sicherer Grenzen gehalten werden. Dementsprechend besteht ein Nachteil von Lithium-Ionen-Batterien darin, dass sie eine eingebaute Schutzschaltung erfordern, um sicherzustellen, dass sie innerhalb ihrer sicheren Betriebsgrenzen bleiben.
Glücklicherweise kann dies dank moderner integrierter Schaltkreistechnologie relativ einfach in die Batterie oder in das Gerät integriert werden, wenn die Batterie nicht austauschbar ist. Durch die Integration der Batteriemanagementschaltung können Li-Ionen-Batterien ohne besondere Kenntnisse verwendet werden. Sie können aufgeladen bleiben und sobald der Akku vollständig aufgeladen ist, unterbricht das Ladegerät die Stromversorgung.
Die in Lithium-Ionen-Batterien integrierte Schutzschaltung überwacht eine Reihe von Aspekten ihres Betriebs. Die Schutzschaltung begrenzt die Spitzenspannung jeder Zelle während des Ladevorgangs, da eine zu hohe Spannung die Zellen beschädigen kann. Sie werden normalerweise in Reihe geladen, da es normalerweise nur einen Anschluss für eine Batterie gibt und daher, da verschiedene Zellen unterschiedliche Ladeniveaus benötigen, die Möglichkeit besteht, dass eine Zelle eine höhere als die erforderliche Spannung erhält.
Außerdem verhindert die Schutzschaltung, dass die Zellenspannung beim Entladen zu stark absinkt. Dies kann wiederum passieren, wenn eine Zelle weniger Ladung speichern kann als andere in der Batterie und ihre Ladung vor den anderen erschöpft ist.
Ein weiterer Aspekt der Schutzschaltung besteht darin, dass die Zelltemperatur überwacht wird, um extreme Temperaturen zu verhindern. Der maximale Lade- und Entladestrom ist bei den meisten Akkus auf 1 °C bis 2 °C begrenzt. Allerdings werden manche beim Schnellladen gelegentlich etwas warm.
Altern: Einer der größten Nachteile von Lithium-Ionen-Batterien für Unterhaltungselektronik besteht darin, dass Lithium-Ionen-Batterien altern. Dies ist nicht nur zeit- oder kalenderabhängig, sondern auch von der Anzahl der Lade-Entlade-Zyklen, die die Batterie durchlaufen hat. Oftmals halten Akkus nur 500 – 1000 Lade-Entlade-Zyklen aus, bevor ihre Kapazität nachlässt. Mit der Entwicklung der Li-Ionen-Technologie steigt diese Zahl, aber nach einer Weile müssen die Batterien möglicherweise ausgetauscht werden, und das kann ein Problem sein, wenn sie in das Gerät integriert sind.
Auch Lithium-Ionen-Akkus altern unabhängig davon, ob sie in Gebrauch sind oder nicht. Trotz der Nutzung gibt es auch einen zeitbezogenen Faktor bei der Kapazitätsreduzierung. Wenn eine typische Verbraucher-Lithium-Kobaltoxid-, LCO-Batterie oder -Zelle gelagert werden muss, sollte sie teilweise geladen sein – etwa 40 % bis 50 % – und an einem kühlen Lagerort aufbewahrt werden. Die Lagerung unter diesen Bedingungen trägt zur Verlängerung der Lebensdauer bei.
Transport: Dieser Nachteil von Li-Ionen-Batterien ist in den letzten Jahren deutlich geworden. Viele Fluggesellschaften begrenzen die Anzahl der mitgeführten Lithium-Ionen-Batterien, was bedeutet, dass ihr Transport auf Schiffe beschränkt ist.
Bei Flugreisenden müssen Lithium-Ionen-Batterien häufig im Handgepäck mitgeführt werden, wobei sich dies aufgrund der Sicherheitsposition von Zeit zu Zeit ändern kann. Die Anzahl der Batterien kann jedoch begrenzt sein. Eventuell separat mitgeführte Lithium-Ionen-Akkus müssen durch Schutzhüllen etc. vor Kurzschlüssen geschützt werden. Dies ist besonders wichtig, wenn es sich um große Lithium-Ionen-Akkus handelt, wie sie in großen Powerbanks zum Einsatz kommen.
Vor dem Flug muss geprüft werden, ob eine große Powerbank mitgeführt werden kann oder nicht. Leider ist die Anleitung nicht immer besonders klar.
Kosten: Ein großer Nachteil von Lithium-Ionen-Batterien sind ihre Kosten. Typischerweise sind sie etwa 40 % teurer in der Herstellung als Nickel-Cadmium-Zellen. Dies ist ein wichtiger Faktor, wenn es um die Verwendung in massenproduzierten Konsumgütern geht, bei denen etwaige zusätzliche Kosten ein großes Problem darstellen.
Technologie entwickeln: Obwohl Lithium-Ionen-Batterien schon seit vielen Jahren verfügbar sind, wird sie von manchen immer noch als unausgereifte Technologie angesehen, da es sich noch um ein sich stark entwickelndes Gebiet handelt. Dies kann ein Nachteil sein, da die Technologie nicht konstant bleibt. Da jedoch ständig neue Lithium-Ionen-Technologien entwickelt werden, kann dies auch von Vorteil sein, da immer bessere Lösungen verfügbar werden.
