Akkus für Dummies-Teil 1

Wem die Blogeinträge „Arduino für Dummies“ und „Logik für Anfänger“ gefallen haben, wird dieser Blog bestimmt auch zusagen. Wie immer erkläre ich die Dinge hier in einfachen Worten und selbst als blutiger Anfänger. Beginnen wir also mit einer einfachen Definition für einen Akku:

Ein Akku (oder auch Akkumulator) ist ein Speicher für elektrische Energie, der wieder aufladbar ist und die gespeicherte Energie wieder abgeben kann. Ein Akku besteht aus mehreren Sekundärzellen.  (Zellen, die sich nicht oder nur begrenzt wieder aufl­aden lassen, nennt man Primärzellen.) Sekundärzellen können zu einem Akku zusammengeschaltet werden. Entweder in 1. Reihenschaltung, dies führt zu einer Steigerung der nutzbaren elektrischen Spannung, oder in 2. Parallelschaltung, dies führt zur Steigerung der nutzbaren Kapazität. Beide Schaltungen führen aber zu einer Erhöhung des Gesamt-Energiegehalts, da dieser als das Produkt aus Spannung und Kapazität definiert ist. Also: Durch Verschaltung von mehreren Sekundärzellen erhält man einen Akku mit mehr Gesamt-Energiegehalt.

Um das Ganze noch besser zu verstehen, machen wir einen kleinen Exkurs zum Akku Brick ALL-BRICK-0282. Hier können wir das Gelernte gleich mal in die Praxis umsetzen.

Der  Gesamt-Energiegehalt wird in Wattstunden (Wh) angegeben und beträgt beim Akku Brick 16Wh. Hier ein einfaches Rechenbeispiel: In unserem Brick Akku sind zwei kleinere Akkus verbaut. Jeder davon hat eine Spannung von 3,8V und eine Kapazität von 2300mAh (Milliamperestunden), also 2,3Ah. Das bedeutet, dass er z.B. eine Spannung von 3,8V mit einer Stromstärke von 2,3A eine Stunde lang abgeben kann, bis er leer ist.

Spannung x Kapazität = Energiegehalt

3,8V×2,3A =8,7W

Da im Akku Brick aber 2 Akkus zusammengeschaltet sind, muss man das Ergebnis verdoppeln, somit kommt man auf 17,4Wh. Auf dem Aufkleber des Akku Bricks steht als Kennwert 16Wh. Diese Differenz – zwischen unserer Rechnung und der Realität – kommt dadurch zu Stande, dass im Brick noch einige andere Komponenten verbaut sind, wie zum Beispiel ein Mikrocontroller, der auch Strom verbraucht.

Genug Mathe für heute! Jetzt kommt leichtere Kost: Arten von Akkus.

Es gibt verschiedene Arten von Akkus, der grundlegende Aufbau der Akkus unterscheidet sich jedoch nicht sehr stark voneinander.

Ein Akku besitzt zwei Elektroden, die sich in einem speziellen Elektrolyt befinden. Der Elektrolyt ist entweder eine fl­üssige Lösung, ein Gel oder ein Feststoff. Für die Elektroden und den Elektrolyt verwendet man verschiedene chemische Stoffe. Es gibt Blei Akkus, NickelCadmium Akkus, Nickel-Metallhydrid Akkus und Lithium-Ionen Akkus. Der Akku Brick ist ein Lithium-Ionen Akku. Beim Lithium-Ionen Akku besteht die positive Elektrode meist aus Lithium-Metalloxid und die negative Elektrode aus Graphit.

Die positive Elektrode nimmt während des Entladens Lithium-Ionen auf, die von der negativen Elektrode abgegeben werden. Damit die positive Elektrode diese Lithium-Ionen aufnehmen kann, muss diese aus einem besonders leichten Material bestehen.

Zudem verfügt ein Lithium-Ionen Akku über eine sehr geringe Selbstentladung, nämlich unter 2% pro Monat. Allerdings muss der Akku hierfür auch korrekt gelagert werden. Wenn er zu hohen Temperaturen ausgesetzt wird, kann seine Lebensdauer drastisch herabgesetzt werden. Lithium-Ionen Akkus werden zum Beispiel in Laptops oder Elektroautos eingesetzt.

Das war´s für heute. Ich hoffe, ich konnte meine Begeisterung für Akkus ein bisschen weitertragen, denn es ist tatsächlich ein sehr spannendes Thema. Beim nächsten Teil kommt Chemie ins Spiel und wir lernen wichtige Begriffe.