Akku

Was ist ein Akku?

Ein Akku ist ein mechanisches Gerät, das Elektrizität als chemische Energie speichert. Zu den Batterien gehören Primärbatterien, die nur entladen und nicht wieder aufgeladen werden können und Sekundärbatterien, die wiederholt geladen und entladen werden können. Akkus beziehen sich auf Sekundärbatterien.

Der Bedarf an Akkus rückt immer mehr in den Vordergrund. Sie werden nicht nur als Reservestromquelle, sondern auch als Speicher für erneuerbare Energien und als Kosten- und Energiesparmaßnahme, z. B. für den durchschnittlichen Stromverbrauch während des Tages genutzt.

Anwendungen von Akkus

Akkus werden in einem breiten Spektrum von Anwendungen eingesetzt, von der Nutzung im Haushalt bis zur industriellen Nutzung.

Im Haushalt können sie in Verbindung mit Solarstrom genutzt werden, um Strom zu sparen. So kann beispielsweise der Solarstrom tagsüber genutzt und bei einem Überschuss verkauft werden. Selbst wenn der Strom nicht verkauft wird, kann überschüssiger Strom, der tagsüber erzeugt wird sowie billiger Strom in der Nacht in Akkus gespeichert werden und der gespeicherte Strom dann nachts, wenn die Sonne untergegangen ist, genutzt werden, wodurch effektiv Strom gespart wird. Außerdem kann der in den Akkus gespeicherte Strom selbst bei einem Stromausfall infolge einer Katastrophe weiter genutzt werden.

In der Industrie werden Akkus auch als Reservestromquellen für Hochleistungs- und unterbrechungsfreie Stromversorgungen für Messgeräte eingesetzt. Der Hauptunterschied zwischen industriellen Anwendungen und Haushaltsanwendungen ist die elektrische Kapazität.

Funktionsweise und Typen von Akkus

Das Funktionsweise von Akkus unterscheidet sich von Typ zu Typ geringfügig, aber der Mechanismus der Stromgewinnung durch eine chemische Reaktion bleibt derselbe. Akkus bestehen aus einer Kathode, einer Anode und einem Elektrolyten, der die chemische Reaktion zwischen Kathode und Anode unterstützt und die Eigenschaften sind je nach den verwendeten Materialien sehr unterschiedlich.

1. Blei-Säure-Batterien

Blei-Säure-Batterien sind die ältesten aller Akkus und werden hauptsächlich in Autobatterien und Notstromaggregaten eingesetzt. Sie verwenden Bleidioxid für die positive Elektrode, Blei für die negative Elektrode und verdünnte Schwefelsäure als Elektrolyt. Sie sind preiswert, sehr widerstandsfähig gegen Überladung und haben eine sehr lange Lebensdauer von etwa 17 Jahren. Nachteilig ist hingegen die geringe Energieeffizienz beim Laden und Entladen.

2. Nickel-Metallhydrid-Batterien

Diese Batterien verwenden Nickeloxidhydroxid für die positive Elektrode, eine Wasserstoffspeicherlegierung für die negative Elektrode und eine alkalische Lösung wie Kaliumhydroxid als Elektrolyt. Vor dem Aufkommen der Lithium-Ionen-Batterien wurden sie auch als Batterien für mobile Geräte verwendet und werden auch heute noch in Hybridfahrzeugen und in Bodenspeichern der Bahn eingesetzt. Sie zeichnen sich durch ihre Widerstandsfähigkeit gegen Überentladung und Überladung sowie durch ihre Fähigkeit, schnell geladen und entladen zu werden, aus. Nachteilig sind jedoch ihre hohe Selbstentladungsrate und ihre kurze Lebensdauer von etwa 5-7 Jahren.

3. Lithium-Ionen-Batterien

Diese Batterien verwenden lithiumhaltige Metalloxide für die positive Elektrode, Kohlenstoffmaterialien für die negative Elektrode und organische Elektrolyte für den Elektrolyten. Sie sind weit verbreitet als Batterien für elektronische Geräte des täglichen Lebens wie Laptops und Smartphones und werden seit einigen Jahren auch als Batterien für Elektrofahrzeuge eingesetzt. Sie zeichnen sich durch eine hohe Energiedichte und ein schnelles Laden und Entladen aus. Sie haben eine relativ lange Lebensdauer von 6-10 Jahren, sind aber teurer als andere Batterien.

4. Natrium-Schwefel-Batterien (NaS)

Diese auch als NaS-Batterien bezeichneten Batterien verwenden Schwefel als positive Elektrode, Natrium als negative Elektrode und β-Aluminiumoxid als Elektrolyt und werden als Reservestromquellen für Großanlagen wie Fabriken eingesetzt. Sie zeichnet sich durch nahezu keine Selbstentladung, eine hervorragende Lade-Entlade-Effizienz und Energiedichte sowie eine lange Lebensdauer von bis zu 15 Jahren aus und findet als Industriebatterie große Beachtung. Darüber hinaus sind Kostensenkungen zu erwarten, da Elektrodenmaterialien im Überfluss zur Verfügung stehen. Allerdings liegt die Betriebstemperatur bei 300 °C, so dass die hohe Temperatur mit einem Heizer aufrechterhalten werden muss und das Elektrodenmaterial ist gefährlich, so dass es erhebliche Sicherheitsprobleme gibt.

Bei anderen neuen Batterien wie z. B. Redox-Flow-Batterien können Elektrolyttank und Zellstapel separat installiert werden.