Akkus im Vergleich

Den einen besten Akku gibt es nicht. Ein Elektroauto braucht möglichst viel Energie pro Kilogramm, eine Notstromanlage vor allem einen günstigen Preis pro Kilowattstunde, ein Funksensor eine geringe Selbstentladung und ein Akkuschrauber hohe Ströme. Dieser Artikel stellt die gängigen Akkutypen nebeneinander. Wie sie chemisch funktionieren, erklärt Sekundärelemente.

Akku oder Batterie – eine Frage der Begriffe

Umgangssprachlich ist eine Batterie das Wegwerfteil und ein Akku das aufladbare. Genau genommen meint Batterie aber nur eine Zusammenschaltung mehrerer Zellen, egal ob sie sich laden lassen oder nicht – deshalb heißt der Bleiakku im Auto ganz korrekt Autobatterie. Ein Akku dagegen ist immer ein aufladbares Sekundärelement, ob als einzelne Zelle oder als Pack.

Die wichtigsten Kenngrößen

• Nennspannung pro Zelle: bestimmt, wie viele Zellen du für eine Betriebsspannung in Reihe schalten musst.
• Ladeschlussspannung und Entladeschlussspannung: die Grenzen, zwischen denen die Zelle betrieben werden darf. Darüber wird sie überladen, darunter tiefentladen – beides schädigt sie.
• Kapazität in Ah oder mAh: die entnehmbare Ladung. 2 Ah reichen rechnerisch für 2 A über eine Stunde oder 0,5 A über vier Stunden; multipliziert mit der Nennspannung ergibt sich die Energie in Wh.
• Energiedichte in Wh/kg (gravimetrisch) oder Wh/l (volumetrisch): wie viel Energie pro Masse oder Volumen gespeichert wird.
• Belastbarkeit: maximaler Dauer- und Pulsstrom, meist als C-Rate angegeben.
• Zyklenfestigkeit: wie viele Lade-Entlade-Zyklen die Zelle schafft, bis die Kapazität auf typischerweise 80 % gesunken ist.
• Selbstentladung: Ladungsverlust pro Monat ohne Last.
• Temperaturbereich: besonders beim Laden in der Kälte oft stark eingeschränkt.

Die Typen im Überblick

Die Werte sind typische Bereiche für Zellen; ein fertiger Akkupack mit Gehäuse, Kühlung und Elektronik liegt darunter.

Stärken und Schwächen

Bleiakkus sind schwer, aber billig, robust gegen Überladung und gut zu recyceln – fast das gesamte Blei wird wiederverwertet. Sie dominieren noch bei Starterbatterien und kleinen USV-Anlagen. Es gibt offene Ausführungen, bei denen du destilliertes Wasser nachfüllen musst, und verschlossene (Vlies- oder Gelakkus), die das beim Laden entstehende Gas intern wieder zu Wasser binden. Bei einer 12-V-Batterie aus sechs Zellen liegt die Ladeschlussspannung bei etwa 14,4 V, zur Erhaltungsladung genügen rund 13,8 V; unter etwa 10,5 V gilt sie als leer. In USV-Anlagen tauscht man die Akkus vorsorglich nach rund fünf Jahren, weil die Kapazität schleichend nachlässt.

NiCd ist einer der ältesten Akkutypen. Sein sehr kleiner Innenwiderstand erlaubt hohe Ströme, und er arbeitet auch in der Kälte zuverlässig. Dagegen stehen das giftige Cadmium und der Memory-Effekt: Wird die Zelle immer wieder nur teilweise entladen, liefert sie später an dieser Stelle eine niedrigere Spannung, als hätte sie sich die Teilentladung „gemerkt“. In der EU sind NiCd-Gerätebatterien bis auf wenige Ausnahmen wie Notbeleuchtung und Medizintechnik nicht mehr zulässig.

NiMH ist spannungsgleich mit NiCd, hat aber mehr Energiedichte, kein Cadmium und praktisch keinen Memory-Effekt – dafür etwas weniger Strombelastbarkeit. Es ist der Ersatz für AA- und AAA-Batterien. Mit 1,2 V statt 1,5 V funktionieren die Zellen trotzdem in den meisten Geräten, weil eine Alkali-Batterie ihre Spannung schon früh auf ähnliche Werte absinken lässt, während der NiMH-Akku bis kurz vor dem Ende flach bleibt. Die Zellen sind unkompliziert, sicher und vertragen Reihenschaltung ohne aufwendige Elektronik, haben aber eine geringe Energiedichte.

Lithium-Ionen mit NMC oder NCA bietet die höchste Energiedichte und steckt in Smartphones, Laptops, Akkuwerkzeugen und den meisten Elektroautos. Als Lithium-Polymer bezeichnete Zellen nutzen dieselbe Chemie mit einem gelartigen Elektrolyten in einer flachen Folienhülle – deshalb sind sie in dünnen Geräten meist fest verbaut. Der Preis dafür ist ein empfindlicher Betriebsbereich und ein Brandrisiko bei Missbrauch.

LiFePO4 speichert weniger, ist aber thermisch deutlich stabiler, hält viel mehr Zyklen aus und kommt ohne Cobalt und Nickel aus. Es setzt sich in Heimspeichern, Wohnmobilen und vielen Elektroautos durch. Seine sehr flache Spannungskurve macht die Ladezustandsbestimmung über die Spannung allerdings schwierig.

Lithium-Titanat ersetzt den Graphit durch ein Titanoxid. Es lässt sich in Minuten laden, auch bei Kälte, und übersteht Zehntausende Zyklen – bei niedriger Spannung und hohem Preis.

Natrium-Ionen funktioniert wie Lithium-Ionen, nutzt aber das reichlich vorhandene Natrium. Die Energiedichte ist geringer, dafür sind die Rohstoffe günstig und die Zellen kältefester. Die ersten Serienprodukte sind auf dem Markt.

Akku oder Batterie im Gerät?

Ein Akku lohnt sich nicht überall. Er entlädt sich schneller selbst als eine Lithium- oder Alkali-Batterie und hält im Leerlauf oft nur Monate. In Geräten mit winzigem Verbrauch, die jahrelang laufen sollen – Rauchmelder, Wanduhr, Fernbedienung, Notleuchte – ist eine Primärzelle deshalb meist die bessere Wahl. Brauchst du dagegen regelmäßig viel Energie, etwa im Akkuschrauber, in der Kamera oder im Spielzeug mit Motor, oder müsstest du die Batterien jeden Monat tauschen, rechnet sich der Akku schnell.

Zellen zusammenschalten

Für höhere Spannungen schaltest du Zellen in Reihe, für mehr Kapazität parallel. Die Bezeichnung „4S2P“ bedeutet vier Zellen in Reihe, davon je zwei parallel.

In einer Reihenschaltung unterscheiden sich die Zellen immer leicht in Kapazität und Selbstentladung. Ohne Gegenmaßnahme wird die schwächste Zelle beim Laden überladen und beim Entladen tiefentladen. Ein Batteriemanagementsystem (BMS) überwacht deshalb bei Lithiumakkus jede Zelle einzeln, gleicht Ladungsunterschiede aus („Balancing“) und trennt den Akku bei Überspannung, Unterspannung, Überstrom oder Übertemperatur.

Lagern und Pflegen

• Lithium-Ionen: kühl und bei 40 bis 60 % Ladung lagern; voll geladen und warm altern sie am schnellsten.
• Blei: immer voll geladen lagern und regelmäßig nachladen.
• NiMH: unkritisch; LSD-Typen behalten ihre Ladung über Monate.

Verbrauchte Akkus und Batterien gehören nie in den Hausmüll. Händler, die Batterien verkaufen, müssen Altbatterien zurücknehmen, ebenso die Wertstoffhöfe.

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