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Das 1×1 moderner Akkus

Wie funktionieren Akkus überhaupt?

Akkus sind heutzutage in Unmengen an elektrischen Geräten zu finden. Verständlich, denn sie bieten eine viel umweltschonendere Alternative zur einfachen Batterie.

Moderne Akkus für Smartphones und Laptops

Moderne Akkus können mehr Leistung für Smartphones und Laptops mit sich bringen (Foto: 6689062 / pixabay.com)

Eine Batterie muss ausgetauscht werden, wenn sie keine Energie mehr vorweisen kann. Ein Akku hingegen kann immer wieder erneut aufgeladen werden, wodurch deutlich weniger Abfall entsteht. So gibt es Akkus, welche fest in einem Gerät integriert sind, dies ist meistens in Smartphones, Tablets oder Notebooks der Fall.

In diesem Fall muss eine Stromversorgung an das gesamte Gerät angeschlossen werden, um den Akku aufzuladen. Im Gegensatz dazu gibt es aber auch Akkus, welche Batterien zum Verwechseln ähnlich sehen. In diesem Fall müssen die Akkupacks separat in Aufladestationen gepackt werden, nach der Beendigung des Aufladevorgangs kann der Akku dann wieder in das Gerät eingesteckt werden.

Aber wie kommt es eigentlich dazu, dass solche Dinge einem elektrischen Gerät Leben einhauchen können?

Innerhalb eines Akkus befinden sich drei Komponenten: Eine Flüssigkeit, welche den Namen Elektrolyt trägt. Zudem sind in einem Akku zwei unterschiedliche Metallarten verbaut. Durch die Flüssigkeit entsteht für die Metalle die Möglichkeit eine Verbindung einzugehen, so findet ein Austausch von Elektronen zwischen den verschiedenen Metallen statt. Diese chemische Reaktion hat das Potenzial Energie zu erzeugen. Durch das Einsetzen des Akkus in ein Gerät an verschiedene Pole (z.B. + und – in einer Fernbedienung) fangen die Elektronen an, sich zu bewegen. Durch die Bewegung der Elektronen entsteht elektrische Energie und es ist möglich das elektrische Gerät zu nutzen. Zudem entsteht durch die Bewegung auch Wärmeenergie und in einigen Fällen kann es zur Erhitzung des Akkus kommen.

Welcher Akku ist der gängigste?

In den meisten Geräten sind mittlerweile Lithium-Ionen-Akkus verbaut. Diese lassen sich in fast allen Smartphones, Tablets und Notebooks finden.

Am Minuspol des Akkus befindet sich Graphit, in welches Lithium eingearbeitet ist. Am gegenüberliegenden Pluspol lässt sich Lithiumcobaltdioxid finden. Wird nun das entsprechende Gerät mit einem Kabel mit der Steckdose verbunden, beginnen die positiv geladenen Lithiumionen zum Minuspol zu wandern. Wird ein Gerät und somit auch der Akku genutzt, nehmen Ionen die Elektronen auf.

Die negativ geladenen Ionen hingegen wandern erneut zum Pluspol und werden hier wieder positiv aufgeladen. Ein zyklischer Prozess, welcher allerdings leider nicht ewig anhält – nach einiger Zeit und einer bestimmten Anzahl an Ladezyklen können nicht mehr alle Lithiumionen vollständig entladen werden. Somit nimmt die Laufzeit von allen Akkus nach 3-5 Jahren ab.

Warum explodieren Akkus?

Der Grund, warum es bei Akkus, insbesondere in Smartphones, immer wieder zu kleinen Explosionen und Aufblähungen kommt, ist ganz klar der Anspruch der Technik immer kleiner, flacher und leistungsfähiger zu werden.

Hier müssen gewisse Kompromisse eingegangen werden, wobei bei den eben beschriebenen chemischen Reaktionen schon minimale Ungenauigkeiten reichen, um einen Unfall auszulösen. Ein häufiger Fehler ist die Tatsache, dass sich Kathode und Anode berühren, wodurch es schnell zu Explosionen kommen kann. Hier hilft nur eine ausreichend dicke Isolierung, bei dem Trend zu immer flacheren Handys scheint dies fast unmöglich.

Auch die Präzision der Herstellung ist bei immer dünneren Fertigungsteilen eine fast unmögliche Aufgabe. Manchmal kann auch Schmutz eine Rolle spielen, denn wenn dieser bei der Produktion in den Akku gelangt, kann dies einen Kurzschluss auslösen. Teilweise wird in den Geräten fehlerhafte Elektronik verbaut, wodurch der Akku zu sehr beansprucht werden kann. Hier kann auch die relativ neue Schnellladefunktion ein Grund für fehlerhafte Akkus sein, da es schnell zu einer Überladung kommen kann.

Aber nicht nur innerlich gehen Risiken vom Akku aus, auch die äußerlichen Faktoren können einen Akku beschädigen. Bei großer Hitze kann es dazu kommen, dass die bereits angesprochene Isolierung zwischen Kathode und Anode schmilzt und einen Kursschluss auslöst. Auch Stürze oder ähnliches können den empfindlichen Aufbau eines Akkus zerstören.

Welche Kapazität haben gängige Smartphone Akkus?

Durch die andauernde Weiterentwicklung der Technik und insbesondere Smartphones und Tablets, weisen solche Geräte eine immer größere Akku Kapazität auf. Somit können die Geräte deutlich länger genutzt werden.

Auch durch die integrierte Technologie des Energiesparens oder ähnlichem, wird die Akkulaufzeit eines Gerätes immer weiter verbessert. Sollte doch mal der Saft raus sein, können Quick- und Fast-Charging oder Schnelladetechnologien wirklich rasante Abhilfe schaffen.

Sehr gute Hochleistungssmartphones können mAh von bis zu 3.500 aufweisen. Hier sind Samsungs Spitzenreiter wie das Galaxy S7 Edge und das Note 7 absolute Vorreiter mit über 3.500 mAh. Gängig ist eine Größe um die 3.000 mAh, wie beispielsweise in den meisten iPhones und auch Smartphones von Huawei oder OnePlus.

Wie entsorge ich einen Akku?

Schon oft gesehen, aber nie wirklich darüber Gedanken gemacht: Diese grünen kleinen Boxen, welche in fast jedem Discounter, Elektrofachhandel oder Baumarkt ausstehen. Diese grünen Behälter sind für die Abgabe von Batterien gedacht.

In Deutschland ist es verboten, Batterien und Akkus in den Hausmüll zu entsorgen. Batterien enthalten zum einen wertvolle Metalle, welche nach der Nutzung recycelt werden können, aber auch umweltschädliche Inhaltsstoffe, welche gesondert entsorgt werden sollten. Jeder Hersteller und Handel, welcher Batterien und Akkus verkauft, ist verpflichtet diese nach der Nutzung wieder zurückzunehmen – und das kostenlos.

Bei Lithium-Ionen-Akkus, welche meist in Smartphones oder Digitalkameras zu finden sind, muss bei der Entsorgung noch ein besonderer Punkt beachtet werden. Zunächst sollten die Akkus, wenn möglich, aus dem Gerät herausgenommen werden. Anschließend sollten die goldenen Kontakte des Akkus mit einem Klebestreifen, eventuell sogar Isolierband, abgedeckt werden.

So kann sichergestellt werden, dass keine ungewünschten chemischen Reaktionen im Akku und somit auch keine Kurschlüsse stattfinden können. Danach gehören sie nicht in die grüne angesprochene Box, sondern in die gelben Boxen des Rücknahmesystems. Somit ist sichergestellt, dass eine fachgerechte Entsorgung des Akkus erfolgt.

Wie sehe die Akkus der Zukunft aus?

Um die Nachteile des Lithium-Ionen Akkus zu umgehen, wird immer weiter an neuen Akkutechnologien geforscht.

Eine Entdeckung, welche aber schon seit ca. 40 Jahren in der Entwicklung steckt, ist der Lithium-Schwefel Akku. Dieser kann vor allem durch kostengünstiges Material und eine große Menge an speicherbarer Energie, im Gegensatz zum Lithium-Ionen Akku, punkten. Jedoch trocknen die meisten bisherigen Versionen des Lithium-Schwefel Akkus sehr schnell aus. Besonders im Bereich der Elektrofahrzeuge wird die Zukunft der Lithium-Schwefel Akkus liegen, da er eine sehr geringe Energiedichte aufweist.

Der relativ neu entdeckte Stoff „Graphen“ kann ebenfalls in der Akkutechnologie genutzt werden. So konnten entwickelte Graphen-Akkus mehr Energie speichern, aber auch bis zu 1000- mal schneller aufgeladen werden als herkömmliche Akkus. Einige Unternehmen kündigten bereits 2015 Smartphones mit diesem Akkutyp an.

Dies sind nur zwei Neuerungen im Bereich der Akkutechnologie. Mit dem Anspruch immer dünnere und leichtere Smartphones und Kleingeräte herzustellen, werden allerdings immense Herausforderungen an die Technologie gestellt. Hier gilt es neue Wege einzuschlagen, indem beispielsweise neue Stoffe miteinander kombiniert werden. Die Ideen der Forscher sind längst nicht erschöpft und alle Nutzer können gespannt auf die Entwicklung der Akkutechnologie in den nächsten Jahrzehnten blicken, wobei die Sicherheit der Hersteller und Nutzer im Fokus der Forschungen liegen sollte.