Akkumulatoren: Grundlagen und Funktionsweise

Was ist ein Akkumulator?

Ein Akkumulator ist im Grunde ein wiederaufladbarer Energiespeicher, der elektrische Energie durch elektrochemische Reaktionen speichert und wieder abgibt. Das macht ihn zum Sekundärelement, im Gegensatz zu normalen Batterien (Primärzellen), die nur einmal verwendet werden können.

Die Spannung, Kapazität und Stromstärke hängen komplett von der Bauweise ab. Deshalb gibt es so viele verschiedene Akku-Typen für unterschiedliche Anwendungen.

Merkregel: Akku = wiederaufladbar, Batterie = einmal verwendbar

Der Bleiakkumulator - Aufbau

Der Bleiakkumulator ist der Klassiker unter den Akkus und steckt in fast jedem Auto. Er besteht aus einem säurefesten Gehäuse mit einer Kathode aus Bleidioxid und einer Anode aus Blei.

Die beiden Bleiplatten sind in Schwefelsäure als Elektrolyt eingetaucht. Der Ladezustand lässt sich einfach an der Elektrolytdichte ablesen - je dichter die Säure, desto voller der Akku.

Im aufgeladenen Zustand unterscheiden sich die Platten chemisch stark voneinander, im entladenen Zustand werden beide zu Bleisulfat.

Tipp: Die Säuredichte zeigt dir immer den Ladezustand an!

Bleiakkumulator - Funktionsweise

Beim Entladen passiert an beiden Elektroden etwas Faszinierendes: Am Minuspol wird Blei zu Bleisulfat oxidiert und gibt dabei Elektronen ab. Am Pluspol wird Bleidioxid zu Bleisulfat reduziert und nimmt Elektronen auf.

Das Coole daran: Beide Reaktionen sind vollständig umkehrbar! Beim Laden läuft alles rückwärts ab, und die ursprünglichen Materialien entstehen wieder.

Die Schwefelsäure wird dabei verbraucht und zu Wasser verdünnt - deshalb sinkt die Elektrolytdichte beim Entladen.

Eselsbrücke: Entladen = beide Platten werden zu Bleisulfat, Laden = alles läuft rückwärts

Bleiakkumulator - Verwendung und Bewertung

Bleiakkumulatoren findest du hauptsächlich in Autos als Starterbatterien, in E-Bikes als Traktionsbatterien und in Notstromsystemen für Telekommunikation.

Die Vorteile sind beeindruckend: hohe Stromstärken, super Preis-Leistungs-Verhältnis, zuverlässig bei guter Pflege und kein Memory-Effekt. Plus: Sie sind problemlos recycelbar.

Die Nachteile solltest du aber auch kennen: hohes Gewicht, schnelle Selbstentladung, niedrige Energiedichte und vor allem - Blei ist giftig und umweltschädlich.

Wichtig: Bleiakkus haben keinen Memory-Effekt - du kannst sie jederzeit aufladen!

Der Nickel-Cadmium-Akkumulator

Der Nickel-Cadmium-Akku funktioniert ganz anders als der Bleiakku. Die negative Elektrode besteht aus Cadmium, die positive aus Nickeloxidhydroxid. Als Elektrolyt dient eine 20%ige Kalilauge.

Die Nennspannung liegt bei 1,3 V pro Zelle. Eine Trennfolie verhindert Kurzschlüsse, und alles ist in einem vernickelten Stahlbecher sicher verpackt.

Bei der Reaktion entstehen an der Anode Cadmiumhydroxid und an der Kathode Nickelhydroxid - beide Reaktionen sind wieder umkehrbar.

Merkhilfe: NiCd-Akkus haben 1,3 V Spannung - mehr als normale 1,2 V Akkus

Nickel-Cadmium-Akku - Vor- und Nachteile

NiCd-Akkus punkten mit ihrer hohen Belastbarkeit und Kältefestigkeit - sie funktionieren auch bei Minusgraden noch zuverlässig. Dazu kommt die Schnellladefähigkeit und eine lange Lebensdauer bei günstigem Preis.

Der große Nachteil: der berüchtigte Memory-Effekt! Wenn du den Akku nicht vollständig entlädst, "merkt" er sich das und verliert dauerhaft Kapazität.

Außerdem ist Cadmium extrem umweltschädlich, weshalb diese Akkus heute kaum noch verwendet werden. Die hohe Selbstentladung ist ein weiterer Minuspunkt.

Achtung: Memory-Effekt bedeutet: Akku immer vollständig entladen, bevor du ihn wieder auflädst!