1.Grundprinzipien und Struktur

Ni-Cd- und Ni-Mh-Akkus

Prinzip: Wandelt chemische Energie durch eine chemische Reaktion in elektrische Energie um. Während der Entladung wird Cadmium (Cd) an der negativen Elektrode zu Cadmiumionen (Cd²⁺) oxidiert, während Nickelhydroxid (Ni(OH)₂) an der positiven Elektrode zu Nickel(III)-hydroxid (NiOOH) reduziert wird.

Struktur: Besteht aus einer Anodenplatte (Cadmium), einer Kathodenplatte (Nickelhydroxid) und einem Elektrolyten (normalerweise eine Kaliumhydroxidlösung), die alle in einem Metallgehäuse eingeschlossen sind. Nickel-Metallhydrid-Akku

Prinzip: Ähnlich wie Nickel-Cadmium-Akkus, aber das Material der negativen Elektrode ist eine Wasserstoffspeicherlegierung, die reversibel Wasserstoff absorbiert und freisetzt.

Konstruktion: Enthält ebenfalls eine Anode (Wasserstoffspeicherlegierung), eine Kathode (Nickelhydroxid) und einen Elektrolyten (Kaliumhydroxidlösung), aber das Gesamtdesign ist kompakter und hat eine höhere Energiedichte.

Lithium-Ionen-Akku

Prinzip: Beruht auf der Bewegung von Lithiumionen zwischen der positiven und negativen Elektrode, um Energie zu speichern und freizusetzen. Während des Ladens wandern Lithiumionen von der positiven Elektrode zur negativen Elektrode; während der Entladung ist die Bewegung umgekehrt.

Konstruktion: Besteht typischerweise aus einer positiven Elektrode (wie Lithiumkobaltoxid oder Lithiumeisenphosphat), einer negativen Elektrode (Graphit oder andere Kohlenstoffmaterialien), einem Elektrolyten (Lithiumsalz in einem organischen Lösungsmittel) und einem Separator.

2.Leistungsmerkmale

Energiedichte

Nickel-Metallhydrid-Akkus: Relativ geringe Energiedichte, aber schwer, wodurch sie für Anwendungen, die eine hohe Energiedichte erfordern, ungeeignet sind.

Ni-Metallhydrid-Akkus: Höhere Energiedichte als Nickel-Cadmium-Akkus, aber immer noch geringer als Lithium-Ionen-Akkus.
Lithium-Ionen-Akkus: Bieten die höchste Energiedichte und liefern langfristig Strom, während das Gerätegewicht reduziert wird. Memory-Effekt

Nickel-Cadmium-Akkus: Sie weisen einen signifikanten Memory-Effekt auf, was bedeutet, dass das Laden vor der vollständigen Entladung dazu führen kann, dass ihre Kapazität allmählich abnimmt.

Nickel-Metallhydrid-Akkus: Der Memory-Effekt ist weniger ausgeprägt, aber es sollte dennoch darauf geachtet werden, häufiges teilweises Laden und Entladen zu vermeiden.

Lithium-Ionen-Akkus: Sie weisen praktisch keinen Memory-Effekt auf und können jederzeit geladen und entladen werden, ohne ihre Kapazität zu beeinträchtigen.

Selbstentladungsrate

Nickel-Cadmium-Akkus: Sie haben eine hohe Selbstentladungsrate und erfordern regelmäßiges Aufladen, wenn sie über längere Zeiträume nicht verwendet werden, um eine Entleerung zu verhindern.

Nickel-Metallhydrid-Akkus: Sie haben eine geringere Selbstentladungsrate und sind Nickel-Cadmium-Akkus überlegen.

Lithium-Ionen-Akkus: Sie haben die niedrigste Selbstentladungsrate und können auch nach langer Lagerung eine hohe Ladung beibehalten.

Sicherheit

Nickel-Cadmium-Akkus: Sie können unter hohen Temperaturen oder Kurzschlussbedingungen giftige Gase erzeugen und bergen ein Überhitzungsrisiko.

Nickel-Metallhydrid-Akkus: Sie sind relativ sicherer, aber es sollte dennoch darauf geachtet werden, Überladung und Kurzschlüsse zu vermeiden.

Lithium-Ionen-Akkus: Obwohl technologische Fortschritte ihre Sicherheit verbessert haben, können unter extremen Bedingungen immer noch thermisches Durchgehen und sogar Explosionen auftreten, daher müssen strenge Gebrauchs- und Wartungsverfahren eingehalten werden.

Zyklenlebensdauer

Nickel-Cadmium-Akkus: Sie können typischerweise Hunderte von Lade- und Entladezyklen überstehen. Nickel-Metallhydrid-Akkus: Längere Zyklenlebensdauer, typischerweise bis zu Tausenden von Zyklen.

Lithium-Ionen-Akkus: Längste Zyklenlebensdauer, mit hochwertigen Produkten, die Tausende oder sogar Zehntausende von Lade- und Entladezyklen bewältigen können.

Umweltfreundlichkeit

Nickel-Cadmium-Akkus: Enthalten das Schwermetall Cadmium, das umweltschädlich ist und eine besondere Handhabung und Recycling erfordert.

Ni-Metallhydrid-Akkus: Frei von Schwermetallen, sie sind relativ umweltfreundlicher, aber die ordnungsgemäße Entsorgung gebrauchter Batterien ist weiterhin erforderlich.

Lithium-Ionen-Akkus: Obwohl frei von Schwermetallen, kann eine unsachgemäße Handhabung zu Elektrolyt-Leckagen und Umweltverschmutzung führen und erfordert daher ein professionelles Recycling.

3.Anwendung

Ni-Cadmium-Akkus: Aufgrund ihrer geringen Kosten und der hervorragenden Stoßfestigkeit wurden sie einst häufig in Elektrowerkzeugen, Spielzeug und anderen Bereichen eingesetzt. Mit technologischen Fortschritten wurden sie jedoch nach und nach durch andere Batterietypen ersetzt.

Ni-Metallhydrid-Akkus: Sie eignen sich für Geräte wie Digitalkameras, tragbare Audiosysteme und Taschenlampen und werden aufgrund ihrer hohen Energiedichte und geringen Selbstentladungsrate bevorzugt. Sie werden auch häufig in Hilfsstromsystemen für Hybrid- und Elektrofahrzeuge eingesetzt.

Lithium-Ionen-Akkus: Weit verbreitet in Smartphones, Tablets, Laptops, Drohnen, Elektrofahrzeugen und anderen Bereichen. Aufgrund ihrer hohen Energiedichte, langen Zyklenlebensdauer und geringen Selbstentladungsrate sind sie zur bevorzugten Energielösung für moderne elektronische Geräte und Fahrzeuge geworden.