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Akkumulatoren sind heutzutage eine unverzichtbare
Energiequelle in der modernen Kommunikations-Elektronik, im
Videobereich, oder in der Werkzeugtechnik. Um so wichtiger
ist die richtige Behandlung der verschiedenen Akku-Typen,
damit eine optimale Kapazität und Nutzungsdauer erreicht
wird.
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Wir haben deshalb diese kleine Fibel zusammengestellt,
um die Vor- und Nachteile der verschiedenen Akku-Typen aufzuzeigen.
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Der bekannteste und preisgünstigste
Akku-Typ ist der NiCad-Akku, er ist der Urvater der Trockenakkus.
Leider sind die Komponenten dieses Akku-Typs ziemlich giftig
und müssen als Sondermüll entsorgt werden.
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Ein großer Nachteil der NiCad-Akkus
ist auch das Auftreten des sogenannten Memory-Effektes. Wird
der Akku nicht definiert entladen und wiederaufgeladen, "merkt"
sich die Zelle den jeweiligen Kapazitätszustand und läßt
sich dann nicht mehr vollständig entladen. Ein Kapazitätsverlust
ist die Folge.
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Die von den meisten Herstellern mitgelieferten
Billigladegeräte tragen zu einem schnellen Akkuverschleiß
bei. Entgegenwirken kann man diesem Effekt durch moderne,
"intelligente" Ladegeräte, die den Akku vor dem Laden
definiert entladen.
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Eine NiCad-Zelle besteht aus einer positiven
Sinterelektrode und einer negativen Elektrodeposit-Elektrode.
Das meist spiralförmig aufgewickelte Trägermaterial
der Elektroden (Nickel und Cadmium) ist in ein zylindrisches
Stahlblechgehäuse eingebettet. Ein Überdruckventil
am Deckel des Gehäuses schützt bei Verpolung oder
Überschreiten des Ladestroms.
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Die Energieerzeugung erfolgt durch Austausch
der Elektronen zwischen den Elektroden in der Elektrolytumgebung.
Als Elekrolyt dient Kalilauge.
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NiCad-Akkus werden mit 1/10 der Nennkapazität
bei konstantem Strom ca. 14 Stunden geladen. (Normalladung)
Beispiel: Eine Mignonzelle mit 500 mAh sollte 14 Stunden mit
einem konstanten Strom von 50 mA geladen werden.
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Eine Überladung bis 1/10 ist in der
Regel unbedenklich, sollte aber bei Zellen mit Masseelektroden
vermieden werden.
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Die Erhaltungs- oder Pufferladung, d.h. die
zulässige unbegrenzte Dauerladung darf maximal
1/20 betragen. Beispiel: Eine Mignonzelle mit 500 mAh darf
dauernd mit 16-25 mA geladen werden.
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Eine Schnelladung darf nur bei Zellen mit
Sinterelektroden durchgeführt werden. Es sollte darauf
geachtet werden, daß der Akku nur bis zu seiner Nennkapazität
vollgeladen wird. Vorher entlädt man die Zellen auf ca.
0,8 Volt Zellenspannung. Die Ladezeit in Stunden errechnet
man, indem man die Kapazität in mAh durch den Ladestrom
in mA dividiert und mit 1,4 multipliziert. Formel: (T=K:I
* 1,4)
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Durch die Schnelladung erreicht eine Zelle
nur ca. 85-95% ihrer Nennkapazität. Lädt man sie
anschließend mit Normalladung 1-2 Stunden, so wird die
volle Kapazität erreicht.
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Alle Angaben beziehen sich auf eine
Umgebungstemperatur von
20° C. Höhere Temperaturen bedingen eine Erhöhung
des Ladestroms, bei niedrigeren Temperaturen sollte der Ladestrom
abgesenkt werden.
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Quasi als Nachfolger des NiCad-Akkus hat
sich der immer noch relativ preiswerte NiMH-Akku durchgesetzt.
Er kommt meist in preisgünstigeren Handies und Laptops
zum Einsatz.
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Bei diesem Akkutyp ist der Memory-Effekt
zwar deutlich geringer, aber immer noch vorhanden. Bei der
Umweltfreundlichkeit hat der NiMH-Akku die Nase vorne, er
enthält wesentlich weniger giftige Stoffe, als der NiCad-Akku.
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Nickel-Metallhydrid-Akkus besitzen eine höhere
Energiedichte als NiCad-Akkus, d.h. es können höhere
Kapazitäten bei gleichem Gewicht und Volumen erreicht
werden. Die Zellenspannung beträgt wie beim NiCad 1,24
Volt.
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Anders als bei NiCad-Zellen, basiert die
Energieerzeugung auf einer chemischen Reaktion von Wasserstoff
und einer Nickelverbindung. Die negative Elektrode besteht
aus einer wasserstoffspeichernden Metallegierung, die positive
aus einer Nickellegierung. Da der Wasserstoff drucklos gespeichert
wird, entfällt die Gefahr eines Überdrucks.
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Ein Nachteil der NiMH-Zelle ist die Empfindlichkeit
gegen eine Überladung und die relativ hohe Selbstentladung.
Auch hohe Entladeströme können von diesem Akkutyp
nicht abgegeben werden.
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Neue Maßstäbe in jeder Hinsicht
setzt der seit Mitte 1990 erhältliche Li-Ion-Akku. Hinsichtlich
der Speicherdichte, der Baugröße und des Gewichts
ist dieser Typ fast unschlagbar, aber leider auch etwas teurer.
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Durch seine Zellenspannung von 3,6-3,8 Volt
braucht man für viele Anwendungen nur noch eine Zelle.
Ein Memory-Effekt ist praktisch nicht vorhanden, das Nachladen
kann deshalb jederzeit, bei jedem Kapazitätszustand erfolgen.
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Ein kleiner Nachteil ist die Temperaturabhängigkeit
einer solchen Zelle. Die empfohlene Betriebstemperatur beträgt
5-30° C, außerhalb dieses Bereichs ist die Kapazität
dementsprechend geringer.
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Das Funktionsprinzip einer Li-Ion-Zelle ähnelt
der eines NiCad-Akkus. Die Energie wirdebenso durch Austausch
der Elektronen zwischen den Elektroden erzeugt.
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Allerdings dient hier als Elektrolyt ein
gelöstes Lithium-Salz, in dem während des Ladens
Lithium-Ionen gespeichert werden. Die positive Elektrode besteht
hier aus Kohlenstoff.
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