Monat: November 2017

Egal ob Notebook-, Smartphone- oder Werkzeug-Akku: Sie sollen möglichst lange halten, und jedes Mal, wenn wir wenig Zeit haben oder unsere Geräte länger lagern, wenn wir viel unterwegs sind oder ein neues Gerät gekauft haben, stellt sich die Frage: Wie lade ich meinen Akku denn nun richtig? Wir zeigen Ihnen hier, wie Sie Ihre Akkus am besten laden und ihnen nicht schaden.

Immer dieser „Entlade-Ladezyklus“…

Wenn Sie sich im Netz oder in Fachzeitschriften über das Laden von Akkus informieren möchten, stoßen Sie immer und immer wieder auf einen Begriff: den Entlade-Ladezyklus. Aber was ist das überhaupt?

Wenn Sie Ihr Gerät aufladen, wird das allgemeinhin als ein Ladevorgang bezeichnet. Das Aufladen eines Gerätes ist nämlich nicht immer automatisch ein Ladezyklus. Ein Ladezyklus sind 100 % der Akkuanzeige. Wenn Sie Ihr Gerät also zum Beispiel bei 30 % restlichem Akku auf 100 % aufladen und ein paar Stunden später nach der Benutzung des Gerätes den Akku bei 70 % restlichem Akku nochmal auf 100 % aufladen, dann haben Sie Ihr Gerät zweimal geladen, also zwei Ladevorgänge, aber nur einen vollständigen Ladezyklus vollbracht.

Die Entladung findet unter anderem dann statt, wenn Sie Ihr Gerät mobil nutzen und den Akku verbrauchen. Der Akkustand wird weniger, er entlädt sich, spendet also Strom. Auch bei der Lagerung kann sich der Akku, ohne in Benutzung zu sein, entladen. Die Lebensdauer von Akkus wird weniger in Jahren genannt als in Lade- und Entladezyklen, da diese viel mehr über die Nutzungshäufigkeit aussagen. In unserer Übersicht finden Sie die theoretische Lebens- und Nutzungsdauer vier verschiedener Akku-Typen.

Beschützer des Akku: Laderegler oder Ladeschaltung

Als Schutz vor Überladung, Überhitzung oder Kurzschlüssen sind in allen Akkus unserer modernen mobilen Geräte sogenannte Lade-Elektroniken in Form von Ladereglern oder Ladeschaltungen verbaut. Sie helfen zudem, den Akku durch die optimale Regulierung des Ladestroms nicht überzubelasten.

Lithium-Ionen-Akkus (Li-Ion-Akku)

In Li-Ion-Akkus sind manchmal elektronische Schaltungen eingebaut, die die Ladeschlussspannung und die Tiefentladespannung überwachen. In der Regel bezeichnet man diese nicht als Laderegler, da diese nicht als alleinige Regelglieder verwendet werden. Hier dienen die elektronischen Schaltungen vor allem dem Schutz des Akkus vor Zerstörung.

Die Elektroden eines Li-Ion-Akkus werden durch vollständiges Laden und Entladen stark belastet, was sich auf die Lebensdauer des Akkus auswirkt. Hängt ein Gerät permanent am Ladegerät, wirkt sich das auf die Ladeelektronik, also auf die Ladeschaltung oder den Laderegler aus. Es werden 100 % erreicht, dann wird Erhaltungsstrom geliefert oder der Ladevorgang wird unterbrochen bis die Akkukapazität wieder unter den Nennwert fällt und die Ladeelektronik ab diesem Zeitpunkt wieder aktiv lädt. Beide Fälle stellen eine Belastung für den Akku dar.

Nickel-Cadmium-Akkus (NiCd-Akku)

NiCd-Akkus finden sich heute noch häufig in Geräten, die mit hoher Stromaufnahme versorgt werden müssen, wie beispielsweise Foto-Blitzgeräte und mobile Werkzeuge. Diese Akkus haben nicht direkt einen Laderegler oder eine Ladeschaltung. Der Grund hierfür liegt im Aufbau des NiCd-Akkus:

Die positive Elektrode einer NiCd-Zelle besteht aus Nickelhydroxid und die negative aus Cadmiumhydroxid. In der Regel wird die Leitfähigkeit der positiven Elektrode durch einen Graphitzusatz verbessert. Die negative Elektrode besteht aus pulverisierten Cadmiumverbindungen und auch sie hat zur Verbesserung der elektrischen Leitfähigkeit eingelagerte Graphitpartikel.

Es gibt zwei Arten von NiCd-Akkumulatoren, die mit offenen und die mit gasdichten Zellen. Während wir es bei Elektrofahrzeugen, Grubenlampen, Notstromversorgungen oder Starterbatterien, beispielsweise für Luftfahrzeuge, und verschiedenen zentralen Notstromversorgungssystemen für Notbeleuchtungen mit offenen Zellen zu tun haben, gebrauchen wir die geschlossenen Zellen weitaus häufiger: In unserem Alltag finden wir sie vor allem verbaut in Fernbedienungen, Spielzeug, Fotoapparaten oder elektrischen Werkzeugen.

Bei gasdichten NiCd-Zellen wird ein Anteil sogenannter „antipolarer Masse“ als Umpolschutz hinzugefügt, meist in Form von Cadmiumhydroxid. Die positive Nickel-Elektrode lässt sich viel schlechter Laden als die negative Cadmium-Elektrode. Der Zusatz von Cadmiumhydroxid bildet eine Ladereserve, welcher die Bindung von Wasserstoffgas verhindert. Die chemische Umwandlung des Wasserstoffs durch Oxidation an der positiven Elektrode verläuft sehr langsam, so dass er für Rekombinationszwecke in der Zelle nicht brauchbar ist. Der Wasserstoff-Überschuss, der zu einem Druckanstieg in der Zelle führen würde, nimmt die Ladereserve auf und sorgt gleichzeitig für einen Umpolschutz.

Wie wird eine Zelle umgepolt?

Bei vielzelligen Batterien und Akkus ist die Umpolung von einzelnen Zellen bei einer Tiefenentladung kaum zu vermeiden. Da die Kapazitäten trotz gleicher Anfangswerte im Laufe mehrere Zyklen von Zelle zu Zelle unterschiedlich sein können. Die Zellen altern individuell auf Grund von unterschiedlichen Herstellungstoleranzen und Betriebsbedingungen. Durch alle Zellen einer Serienschaltung fließt zwar der gleiche Strom, aber es können sich auf Grund der räumlichen Anordnung der Zellen unterschiedliche Zelltemperaturen ergeben. Und da das Altern der Zelle stark von der Temperatur abhängt, kommt es durch die unterschiedlichen Temperaturen zu unterschiedlichem Alterungsverhalten der Zellen. Je älter eine Zelle desto weniger belastbar ist sie.

Bei einer Reihenschaltung von fünf Akkus hieße das:

Wenn der schwache Akku nach nur einer Stunde leer, die anderen aber eine Stunde und drei Minuten brauchen, ergibt sich eine Differenz von drei Minuten. In dieser kurzen Zeit ist der schwache Akku leer, hat also 0 Volt, und die anderen vier Akkus pumpen ihre Energie weiter und zwingen sie dem schwachen Akku auf. . Bei diesem Vorgang wird der schwache, leere Akku zwangsweise umgepolt und von vollen Zellen wieder aufgeladen – aber mit verkehrter Polarität! Nach solch einem Vorgang ist die Zelle meist geschädigt und wird sich davon nie wieder vollständig erholen können.

So regelt der NiCd-Akku seine Ladung:

Bei einer Überladung des Akkus wird an der Cadmiumelektrode, also der negativen Elektrode, Wasserstoff gebildet und zeitgleich an der positiven Elektrode, also der Nickelelektrode, Sauerstoff produziert. Diesen Vorgang nennt man „ausgasen“. Da das in gasdichten Zellen aufgrund von Explosionsgefahr unbedingt verhindert werden muss, wird im NiCd-Akku die Cadmiumelektrode, also der Minus-Pol, überdimensioniert und dient somit automatisch als negative Entladereserve, also als „Laderegler“. Bei Überladung mit geringeren Laderaten stellt sich so ein Gleichgewicht zwischen Sauerstofffreisetzung und -verbrauch ein, so dass kein Wasserstoff gebildet wird und die Explosion ausbleibt.

Ein besonderer Vorteil des NiCd-Akkus ist, dass er auch bei Temperaturen unter 0 °C noch gut funktioniert. Allerdings hat er auch Nachteile: 1. Ist die Selbstentladung ein großer Nachteil dieses Akkutyps, 2. sind Nickelcadmium-Akkus aufgrund des verwendeten Cadmiums, einem giftigen Schwermetall, nicht besonders umweltfreundlich, falls sie unkontrolliert in die Umwelt gelangen. Um dies zu vermeiden, sollten Sie Ihre gebrauchten Akkus richtig entsorgen.

Laden ist nicht gleich Laden

Die unterschiedlichen Aufbau-Arten der Akkus setzen einen jeweils anderen Umgang in Bezug auf den Ladevorgang voraus. Während wir uns noch den Kopf zerbrechen, wie man denn nun richtig lädt, gibt es für Smartphone, Werkzeug, Digitalkameras ,Tablet und Laptop und Co. ein paar Faustregeln, die Sie beachten können, um Ihrem Akku und somit auch Ihnen etwas Gutes zu tun.

Lithium-Ionen-Akkus

Während dem Ladevorgang empfiehlt es sich zudem, das zu ladende Gerät auszuschalten. So kann der Akku ohne Belastung laden. Bei extremen Temperaturen sollte möglichst auf das Laden verzichtet werden, da die Belastung des Akkus dadurch ebenfalls erhöht wird und dies zu einer Verringerung der Zyklenlebensdauer führen kann. Heißt also: Je höher/niedriger die Temperatur, also je wärmer/kälter der Akku, desto schneller altert er.

Als Faustregel sollten Sie sich merken:

Handy, Laptop, Tablet und andere Geräte, die einen Lithium-Ionen-Akku besitzen, sollten bei niedrigem Akku (zwischen 0 und 30 %) nicht für eine kurze Zeit geladen werden, ebenso wenig wie bei einem noch fast vollen Akku nicht schnell nachgeladen werden sollte.

Nickel-Cadmium-Akkus

Bei den Nickel-Cadmium-Akkumulatoren ist das Laden etwas komplizierter. Hier ist besonders darauf zu achten, den Ladevorgang im richtigen Moment zu stoppen. Hierfür gibt es verschiedene Parameter, die für die Ladesteuerung nützlich sind:

• Temperatur
• Ladestrom
• Kapazität
• Zeit
• Spannung

Die Technik in Ladegeräten ist so aufgebaut, dass sie versucht, den Ladevorgang genau dann zu stoppen, wenn der Akku voll ist. Hierfür bieten die Ladegeräte verschiedene Abschaltkriterien, die anhand der Parameter entwickelt wurden :

1.     Die Ladezeit:

Hier wird der Ladevorgang nach einer bestimmten und vorher eingestellten Zeit abgebrochen. Für diese Aufgabe werden im einfachsten Fall Timer benutzt. Diese schalten den Ladestrom genau dann ab, wenn die eingestellte Zeit abgelaufen ist. Unabhängig davon, wie voll der Akku geladen wurde.

2.     Die ΔU-Abschaltung

Hierbei wird ein definierter Spannungsrückgang am Ende der Ladekurve bewertet. Denn genau dann, wenn die Ladespannung trotz der weiter zugeführten Ladeenergie geringer wird, ist der Akku ganz aufgeladen. Dies erkennt das Gerät und schaltet ab.

3.     Die maximale Ladespannung

Manche Ladegeräte reagieren auf die maximal erreichte Ladespannung. Sobald die Ladespannung also nur minimal geringer wird, schaltet das Ladegerät ab. Solange die Spannung des Akkus steigt, ist er in der Lage, die Ladeenergie zu speichern. Hierbei wird das Abschalten der Ladung nicht zu spät eingeleitet, sondern leicht verfrüht.

4.     Die Temperaturabschaltung

Bei vergossenen Werkzeug-Akkus, die fest eingebaute Temperatursensoren haben, funktioniert diese Abschaltmethode tadellos. Bei einzelnen Akkuzellen ist sie aber eher problematisch: Oftmals ist hier der Sensor nicht anständig am Akku befestigt, was zu falschen Temperaturwerten führen kann. Außerdem ist zu berücksichtigen, dass nicht allein die Akkutemperatur ausschlaggebend ist, sondern auch immer die momentane Umgebungstemperatur zu erfassen und einzukalkulieren ist.

5.      Die Spannungsgradienten-Abschaltung

Manche Geräte können den schnellen Spannungsanstieg der Ladekurve auswerten und so noch eine gewisse Lademenge in den Akku einladen, bevor der Ladestrom abgeschaltet wird.

HCWV2 für Dell Optiplex 3020 7020 9020 SFF
L11M3P02 für Lenovo Ideapad U510 U31 Touch
C21N1333 für Asus Transformer Book Flip TP550LA TP550LD
EAY63128601 für LG Gram 15ZD960-GX7TK
API3FSO1 für Power Supply Unit 300 Watt

Es gibt nichts Ärgerlicheres als einen Laptop, der im ersten Moment geladen scheint und schon eine Stunde später den Anschluss an die Steckdose fordert. Meist ist es kein Hardware-Fehler, sondern der schwächelnde Akku des Notebooks. Wir haben Tipps, wie Sie Ihren Akku von Anfang an schonen, bei schlechter Leistung neu einstellen und wie Sie schon während dem Gebrauch des Laptops Strom sparen können.

Laptop-Akku schonen: Laufzeit von Anfang an erhalten

Auch wenn Laptop-Akkus mittlerweile noch so gut konzipiert sind: ihre Leistung und Ladefähigkeit lassen früher oder später nach. Damit Sie diesen Zeitpunkt aber so lange wie möglich herauszögern können, ist eine richtige Pflege von Anfang an unerlässlich! Die wichtigsten Punkte, die Sie dabei beachten müssen:

1. Lassen Sie Ihren Akku nicht ständig völlig leer werden

Akkus leiden generell unter Extremen, also ständigem Überladen oder extremer Tiefentladung (weniger als 10%). Denn durch Tiefentladung wird der Alterungsprozess des Akkus verstärkt. Auch wenn die in Notebooks integrierte Ladeelektronik theoretisch vor der Tiefentladung schützt: Der Akku entlädt sich nach dem Ausschalten noch weiter selbst und kann dadurch auf einen Ladezustand von unter 10% kommen. Deshalb sollten Sie den Laptop spätestens dann einer Stromquelle zuführen, wenn er sich von selbst ausschaltet.

2. Vermeiden Sie Wärme und Überhitzung

Ein heißer Akku ist meist ein Zeichen für mögliche Probleme und deutet darauf hin, dass etwas nicht mehr einwandfrei funktioniert. Damit das überhaupt erst gar nicht passiert, sollten Sie Ihren Laptop zum einen niemals ohne eine harte Unterlage benutzen. Das heißt, vor allem bei Verwendung im Bett oder auf dem Sofa, wo Kissen den Lüfter verstopfen und so zu einem Wärmestau führen können, ist das Risiko einer Überhitzung groß. Die Lebensdauer des Akkus nimmt durch diese Erwärmung ab und er altert außerdem schneller. Zum anderen sollte das Notebook nicht zu hohen Außentemperaturen ausgesetzt sein. Akkus funktionieren am besten bei Raumtemperatur.

3. „Trainieren“ Sie den Akku

Damit der Akku seine volle Kapazität behält, sollte er ein gewisses Training bekommen. Das bedeutet, dass Sie den Akku direkt nach dem Kauf zwei- bis dreimal komplett entladen und ihn wieder voll aufladen sollten. Für diesen, auch Zykeln genannten Vorgang, wird der Laptop ohne Netzteil benutzt, bis er sich ausschaltet. Danach wird er in aller Ruhe wieder aufgeladen – am besten also ohne ihn gleichzeitig zu gebrauchen.

4. Nehmen Sie den Akku bei Stromanschluss aus dem Notebook

Arbeiten Sie nur am Stromnetz, dann ist es ratsam, den Akku aus dem Laptop heraus zu nehmen. Auch wenn eingebaute Elektronik verhindert, dass der Akku überladen wird: Bei ständigem Laden kann der Akku irgendwann nicht mehr genau ausmachen, wann er geladen ist und wann nicht. Nehmen Sie den Akku aber nur im ausgeschalteten Zustand heraus; sonst werden Ladezyklen verschwendet und führt das möglicherweise zu einem Absturz des Systems, der zudem auch die Hardware schädigen kann. Mac-Books oder Ultrabooks haben meist festverbaute Akkus, die nicht herausnehmbar sind. Hier ist die Ladeelektronik aber oft so fein eingestellt, dass die Akkuladung getrennt wird, bevor größere Schäden am Akku entstehen.

5. Benutzen Sie Ihren Akku

Gleiches gilt vice versa: Der Laptop ist nicht umsonst ein „Schoßrechner“. Denn der Vorteil eines Notebooks ist ja eigentlich, dass es portabel ist und auch ohne Stromanschluss mobil betrieben werden kann. Grob überschlagen wird empfohlen, den Laptop alle zwei Wochen wenigstens einmal nur über den Akku laufen zu lassen.

 Laptop-Akku „retten“ durch Kalibrieren

Vorweg: Abgenutzte, in die Jahre gekommene Batterien können nicht „verjüngt“, „geheilt“ oder gar wieder „wie neu“ werden. Denn altes Lithium kann nicht von heute auf morgen mehr Elektronen speichern. Aber falls Ihr Laptop unerwarteter Weise schnell entlädt und Probleme damit hat, die Restleistung des Akku genau anzugeben, kann man auf Kalibrieren zurückgreifen.

Zauberwort: Akku kalibrieren

Viele kennen das Problem: Obwohl der Akku vollständig geladen wurde, sinkt die Ladestandanzeige schon nach kurzer Zeit ab. Hier hilft nur eins: Verpassen Sie Ihrem Laptop eine Erfrischungskur! Das geschieht, indem die Akkulaufzeit durch eine Kalibrierung verbessert angezeigt wird, d.h. der augenblicklich maximal erreichbare Ladestand wird als 100% neu definiert. Eine Durchführung empfiehlt sich drei- bis viermal im Jahr.

Kalibrieren: So geht‘s

In der Regel verfügen alle Notebooks über ein „Refreshing Tool“ (im BIOS), welches den Akku wieder in Schwung bringt. Das Tool entlädt den Akku unter Umgehung aller Stromsparoptionen und lädt ihn anschließend wieder auf. Außerdem wird meist auch die Ladestand-Anzeige des Notebooks neu kalibriert. Um ins BIOS zu gelangen, müssen kurz nach dem Start des Notebooks die „Entf“ oder „F2-Taste“ gedrückt werden.

Wenn Sie über kein „Refreshing Tool“ verfügen, können Sie auch anderweitig improvisieren. Hierfür wird, ähnlich wie beim „Training“, der Akku des Laptops vollständig aufgeladen bis die Anzeige 100% aufweist – und danach direkt manuell vom Strom genommen. Über die „Systemsteuerung“ werden dann alle Programme im Batteriebetrieb „Strom sparen“ deaktiviert, damit der Computer die Ladung schneller verliert. Anschließend wird der Laptop wieder aufgeladen. Wiederholen Sie den Vorgang zwei- bis dreimal. Die Anzeige zum Stromladestand sollte danach nun auch wieder korrekt eingestellt sein.

Wenn das alles nichts hilft und für Ihren Notebook-Akku wirklich Hopfen und Malz verloren sind, dann finden Sie in unserem Onlineshop preiswerte Ersatzakkus für jegliche Laptopmodelle.

Für den täglichen Gebrauch: Zusatz-Tipps zum Strom einsparen

Unsere vorherigen Tipps sollen die Gesamtlebensdauer Ihres Notebook-Akkus verlängern. Für den täglichen Gebrauch ist aber eine andere Art der Akku-Laufzeit wichtig: Wie lange kann der Laptop ohne externe Stromquelle genutzt werden? Wir haben noch ein paar wichtige Ratschläge, damit Sie den Laptop möglichst lange im Café oder auf der Terrasse nutzen können.

1. Nutzen Sie Energiesparprogramme des Betriebssystems

Jedes Betriebssystem bietet Software, die die Energie „managen“ kann (findet man meist unter Systemsteuerung). Dieses Powermanagement regelt je nach Bedarf den Verbrauch des Stroms und kann dadurch die kurzfristige Lebensdauer des Akkus ungemein verlängern: Verdunkeln Sie den Bildschirm, schalten Sie den Laptop auf stumm und beenden Sie Bluetooth und WLAN, wenn es gerade nicht gebraucht wird.

2. Beenden Sie unnötige, im Hintergrund laufende Programme

Auch wenn es praktisch klingt, mehrere Programme gleichzeitig benutzen zu können: Für den Akku ist das Schwerstarbeit! Beschränken Sie sich auf eine Anwendung, die Sie gerade benutzen. Wenn Sie außerdem die Programme im Autostart konfigurieren, werden viele unsichtbare Stromfresser deaktiviert.

3. Defragmentieren Sie Ihre Festplatte

Um die Akkulaufzeit zu erhöhen und gleichzeitig die Computerleistung zu steigern, kann es hilfreich sein, von Zeit zu Zeit die Festplatte zu defragmentieren; denn während diese in Betrieb ist und nach Dateien sucht, verbraucht sie Unmengen an Strom. Eine Fragmentierung sorgt für neue Ordnung auf dem Datenträger.

L11M3P02 für Lenovo Ideapad U510 U31
C21N1333 für Asus Transformer Book
AC14B13J für Acer Aspire AC14B13J
C11P1517 für ASUS ZenPad 10 Z300M
C21N1509 für ASUS X556UA X556UB

Ob in Smartphones, Notebooks oder Werkzeugen: Akkus sind aus unserem Alltag nicht wegzudenken. Den Siegeszug mobiler Geräte ermöglicht, hat die Entwicklung der Lithium-Ionen-Technologie, die künftig sogar unsere Autos antreiben soll. Aber kennen Sie die Komponenten einer jeden Lithium-Ionen-Zelle? Wussten Sie schon, dass die Herstellung eines Akkus in einer Salzwüste in Südamerika beginnt? Wir präsentieren Ihnen zehn spannende Fakten zur Herstellung eines Lithium-Ionen-Akkus.

Der Lithium-Ionen-Akku im Aufbau und in seiner Funktion im Überblick

Ohne ihn wäre der Durchbruch mobiler Geräte nicht möglich gewesen: Der Lithium-Ionen-Akku mit seiner hohen Energiedichte, dem geringen Gewicht und der recht preiswerten Herstellung. Bald sollen der Lithium-Ionen-Akku und seine Weiterentwicklungen sogar uns alle, verbaut im Elektroauto, mobil machen. Hier präsentieren wir Ihnen 10 spannende Fakten zur Herstellung der Energiespeicher!

Fakt 1: Jede Lithium-Ionen-Zelle hat vier Grundkomponenten

Die vier Komponenten jeder Lithium-Ionen-Zelle:

• Kathode: positive Lithium-Metalloxid-Elektrode
• Anode: negative Graphit-Elektrode
• Separator
• Elektrolyt

Ein Lithium-Ionen-Akku ist schichtartig aus einer oder mehreren Batteriezellen aufgebaut. Die zwei zentralen Schichten einer Lithium-Ionen-Zelle sind die negative Graphit-Elektrode sowie die positive Lithium-Metalloxid-Elektrode. Außerdem gibt es noch einen Separator, der beide Schichten trennt und einen nicht-wässrigen, aber flüssigem Elektrolyt, der die Ionen leitet.

Die Kathode befindet sich zur Ableitung des Stroms auf einer elektrisch gut leitfähigen Aluminiumfolie, die Anode auf einer Kupferfolie. Beim Ladevorgang werden Plus- und Minuspol durch einen Metallkontakt verbunden und eine elektrische Spannung angelegt.

Dadurch lösen sich nun positive Lithium-Ionen aus dem Lithium-Metalloxid und wandern zur Anode. Gleichzeitig wandern negative Elektronen von der Kathode über den Metallkontakt zur negativen Elektrode und gleichen die positive Ladung der Lithium-Ionen wieder aus. Beim Entladen ist der Vorgang umgekehrt:

Fakt 2: Die Herstellung eines Lithium-Ionen-Akkus ist eine globale Angelegenheit

*Lithium wird neben Chile auch in Australien, Argentinien, Bolivien und Tibet in großen Mengen abgebaut

**Graphit wird nicht nur in Indien, sondern auch in China, Nordkorea, Kanada, Madagaskar, Simbabwe, Mexiko und Brasilien in großen Mengen gewonnen.

Fakt 3: Das Gros des weltweit geförderten Lithiums stammt aus Südamerika

Lithium kommt aufgrund seiner großen Reaktivität in der Natur nur gebunden in Form von Salzen vor. Abgebaut wird das leichteste Metall der Erde auf der ganzen Welt: In Tibet, Australien, Nevada – vor allem aber in Südamerika. Voraussetzung für das Vorhandensein von Lithium ist (frühere) vulkanische Aktivität – nicht jedes Salz enthält also Lithium. Gut 70% der Lithiumvorkommen befinden sich in den südamerikanischen Salzseen in Bolivien, Argentinien und Chile.

In Bolivien liegt mit dem Salar de Uyuni der größte Salzsee der Welt. Über rund 10.000 Quadratkilometern erstreckt sich der See, in dem auch Lithium zu finden ist. Die von der Sonne getrockneten Lithium-Reserven werden hier unter harten Bedingungen sogar noch in Handarbeit abgebaut und anschließend mit Lastern abtransportiert. In Zukunft will das arme Land massiv aufrüsten, um stärker vom Lithium-Boom – Elektroautos sei Dank – zu profitieren.

Gewaltige Lithium-Reserven befinden sich im Norden Chiles. Im Salar de Atacama, der in der Atacamawüste liegt, wird die Lithiumsole aus dem See zunächst mit Hilfe von Pumpen an die Oberfläche befördert. Noch ist die Sole nass – für die Weiterverarbeitung muss das Lithium allerdings trocken sein. Daher wird es in „Solarteiche“ gepumpt und dort von der Sonne getrocknet. Es kristallisiert und erreicht so nach 18 bis 24 Monaten in diesem Bad eine bis zu 60% höhere Konzentration.

Lithium ist der Namensgeber und das Grundelement der Lithium-Ionen-Akkus. Es wird aber nicht als reines Metall in die wiederaufladbaren Akkus als Kathode eingebaut, sondern in Form eines Lithium-Metalloxids.

Fakt 4: 27% der globalen Lithium-Produktion wird in der Akkuherstellung verwendet

Lithium wird in unterschiedlichen Formen in zahlreichen Industriezweigen eingesetzt – sogar als Medikament bei der Behandlung von Depressionen. Mit 28% geht der größte Teil des weltweit geförderten Lithium in die Keramik- und Glasindustrie.

Mit 27% befindet sich die Batterien- und Akkuherstellung aber bereits auf dem zweiten Platz – Tendenz: steigend! Die Bezeichnung als das „weiße Gold der Anden“ kommt nicht von ungefähr. Der künftige Bedarf ist angesichts von Elektroautos gewaltig.

Fakt 5: Die Graphit-Nachfrage ist so hoch, dass in Deutschland eine Mine wieder eröffnet wurde

Neben dem Lithium-Metalloxid ist Graphit, das als Anode fungiert, das Grundelement der Lithium-Ionen-Zelle. Über 95% der weltweiten Graphit-Produktion stammen aus Indien, Kanada, Brasilien, Nordkorea, Rumänien und vor allem China. Die Volksrepublik belegt dabei vor Indien Rang eins.

Graphit wird bei der Tennisschläger-Herstellung, als Bleistiftminen oder auch als Verkleidung hoch erhitzbarer Industrieöfen eingesetzt. Der größte Teil der globalen Produktion geht allerdings in die Verarbeitung zu Elektroden – wie die negative Elektrode im Lithium-Ionen-Akku. Der Bedarf an dem Rohstoff steigt so sehr, dass sogar in Deutschland, in Kropfmühl, seit 2012 wieder Graphit abgebaut wird.

Für den Einsatz in Batterien und Akkus reicht das „gewöhnliche“ Industriegraphit nicht aus. Hier ist Graphit mit einer Reinheit von über 99,9% nötig. Erst durch zusätzliche Verkokungsprozesse wird dies erreicht. Dieses Graphit mit Batteriequalität wird dann an die Hersteller der Akku-Zellen geliefert, die fast alle in China ihren Sitz haben.

Fakt 6: Sand anstelle von Graphit erhöht die Akkulaufzeit deutlich

In Zukunft könnte Graphit in der Akkuherstellung abgelöst werden. Bislang ist die Ladekapazität des Akkus dadurch begrenzt, dass das Graphit als Anode nicht so viele Lithium-Ionen aufnehmen kann.

Forscher haben die Akkulaufzeiten in ersten Versuchen verdreifachen können, indem sie statt Graphit Silizium verwenden. Gewonnen wird es aus gemahlenem Sand mit hohem Quarzanteil, Kochsalz und Magnesium. Problem bislang war, dass sich Silizium bei der Aufnahme der Lithium-Ionen ausdehnte. Die Verarbeitung des Stoffs zu Nanodrähten ist die Lösung der Forscher. Bis zur Marktreife dürften allerdings noch viele Jahre vergehen.

Fakt 7: Die Lithium-Elektrode ist dünner als ein Haar

In Batterien wird Lithium als Anode verwendet. Bei den wiederaufladbaren Lithium-Ionen-Akkus dagegen kommt als Kathode ein Lithiummetalloxid zum Einsatz. Das Metall kann Kobalt, Nickel oder Mangan sein.

Um das Lithium-Metalloxid zu gewinnen, wird das Lithium mit dem Metall in einem Drehrohrofen unter hoher Hitze oxidiert. Zusammen mit einem Bindemittelgemisch aus Polyvinylidenfluorid & N-Methyl-Pyrrolidon und Hilfsstoffen wie Karbon als elektrischer Leiter wird es mit hohen Drehzahlen maschinell zu einer homogenen Tinte vermischt.

Die fertige Elektrodenpaste kommt dann zur Beschichtungsanlage. Sie kann man sich wie einen Drucker vorstellen, der nun die Tinte gleichmäßig auf eine Aluminiumfolie aufträgt. Das Aluminium dient als Stromableiter. Dabei wird die Tinte getrocknet und das Bindemittel verdampft.

Im nächsten Schritt wird die Folie beim sogenannten Kalandrieren durch ein Walzensystem gepresst. Die Blätter sind danach dünner als ein Haar. Denn je dichter beschichtet und dünner die Elektrodenblätter sind, desto leistungsfähiger ist der spätere Akku.

Je nach Kapazität des Akkus schneiden die Maschinen im letzten Schritt passgenaue Elektroden mit der gewünschten Energiedichte aus.

Fakt 8: Der Separator ist ein Sandwich aus geschichteten Kunststoffen

Damit sich die Anode und Kathode nicht berühren und so einen Kurzschluss verursachen, sind sie durch ein poröses Kunststoffsandwich getrennt: der Separator. Dieser muss so durchlässig sein, dass die winzigen positiven Lithium-Ionen beim Laden des Akkus zur Anode wandern können.

Der Separator besteht meist aus einem Mischmasch durchlässiger Kunststoffe, den die Produzenten erhitzen, vermengen und trocknen.

Fakt 9: Die Einzelkomponenten werden in „Coffee-Bags“ Zusammengefügt

Eine funktionstüchtige Akku-Zelle entsteht erst, wenn alle Komponenten zusammengefügt werden. Dabei werden die Anode und Kathode getrennt durch den Separator. Da die Ableiterfolien so dünn sind, bringen die Produzenten mit hochfrequentem Ultraschall noch einen Metallstreifen an diesen an. Diese sind stabiler und daher besser geeignet, um die Klemmen für die elektrische Spannung anzubringen.

Die so fast fertige Zelle wird in eine feuchtigkeitsundurchlässige Hülle eingebaut. Das können prismatische oder runde Hardcases sein, inzwischen verwenden die meisten Hersteller allerdings Pouch-Bag-Zellen, die wegen ihres Aussehens auch „Coffee-Bag-Zellen“ genannt werden.

Diese Hüllen bestehen in der Regel aus einer flexiblen Aluminiumfolie, in die die Zelle aus Kathode, Anode und Separator eingeschweißt wird. Auch der Elektrolyt aus Lösungsmitteln und dem Leitsalz wird hier erst der Zelle hinzugefügt. Erst jetzt können sich die Lithium-Ionen frei von einer Elektrode zur anderen Elektrode bewegen. In Prüflaboren überprüfen die Hersteller nun durch abwechselndes Ent- und Aufladen den Spannungsverlauf.

Fakt 10: Die Zellen-Hersteller sind nicht die Hersteller der Akku-Packs

Der finale Schritt zum fertigen Akku findet in anderen Firmen statt, die ebenfalls hauptsächlich in China sitzen. Diese kaufen die fertigen, einzelnen Zellen und verpacken sie nach Energiebedarf samt einem Managementsystem für die Batterien und den Kabeln in die notwendige Hülle.

Jetzt ist der Akkupack für das Smartphone, das Notebook oder eben das Elektroauto fertig, der nun von China seinen Weg in den weltweiten Handel findet – auch in unseren Shop!

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