Akku leer? Ladekabel vergessen? Für jedes Gerät eine andere Ladestation? Im täglichen Leben sind wir immer häufiger auf die Laufzeit von Batterien und Akkus angewiesen – nicht nur beim Smartphone. Immer mehr Geräte werden intelligent, im Internet der Dinge miteinander vernetzt und sollen auch kabellos funktionieren.
Der Anspruch an Akkus wächst also täglich: Sie sollen platzsparend und leistungsstark sein – und natürlich sicher. Wir haben die Vorwerk Ingenieure sowie Akku-Spezialisten Gerhard Isenberg und Dr. Andres Sauerwald gefragt, was es beim Laden von Akkus zu beachten gilt und wie sich die Technik in Zukunft weiterentwickeln kann.
Dr. Andres Sauerwald: Das liegt schon länger zurück. Mein Smartphone lade ich morgens und abends im Auto auf dem Weg zur Arbeit. Das reichte bisher meistens aus, um über den Tag zu kommen. Allerdings habe ich den Akku meines vier Jahre alten Smartphones auch schon einmal ausgetauscht.
Gerhard Isenberg: Ich verwende eine kleine Akku-Power-Bank, damit ich unterwegs nicht auf mein Smartphone verzichten muss. Schöner wäre es aber natürlich, wenn das auch ohne zusätzlichen Reserve-Akku funktionieren würde.
Wir beobachten Entwicklungen neuer Batterien auch mit großem Interesse. Allerdings wird in solchen Meldungen oft nur ein Teil der Aspekte angesprochen, die Akkus tatsächlich erfüllen müssen, wenn sie in marktreifen Produkten eingesetzt werden sollen. Die Hersteller bewegen sich hier immer in einem Spannungsfeld von fünf sich zum Teil widersprechenden Anforderungen, namentlich der Sicherheit, der Energiedichte, dem Kostenfaktor, der Leistungsabgabe sowie der Lebensdauer.
Z.B. Lithium-Schwefel-Zellen wurden schon häufig genannt. Diese haben aufgrund ihrer hohen Energiedichte auch tatsächlich eine viel größere Speicherfähigkeit. Andererseits erreichen sie jedoch nur ca. 60 Ladezyklen, was einen Einsatz in einem typischen Consumer-Produkt derzeit noch unmöglich macht.
Derzeit sind Lithium-Ionen-Akkus die erste Wahl der Hersteller – so auch hier bei uns. Die Technik gibt es bereits seit Anfang der 90er Jahre und wurde damals von Sony in den Markt gebracht, um den Walkman mobil zu betreiben. In der Batterie gibt es einen internen Stromkreis, in welchem Lithium Ionen von der einen Elektrode zur anderen laufen – als Transportweg dient dabei ein flüssiger Elektrolyt.
Die von uns entwickelten batteriebetriebenen Geräte wie die Akkuwerkzeuge von Twercs oder der Kobold VR200 Saugroboter werden mit mechanisch besonders robusten zylindrischen Rundzellen von ausschließlich namhaften Zellherstellern ausgestattet. Alle Batterien befinden sich dank einer verbauten Schutzelektronik immer in einem sicheren Zustand und zeichnen sich außerdem durch eine sehr gute Energiedichte bei gleichzeitig hoher Lebensdauer aus.
Man kann sich die Zellchemie von Lithium-Ionen vereinfacht wie einen elektrochemischen Organismus vorstellen. Je weniger Stress die Zelle erleidet, desto länger wird sie leben. Stress für eine Zelle bedeutet:
Ein gutes Mittelmaß bei allen Parametern – Temperatur, elektrische Belastung und Ladezustand – ist förderlich für ein langes Leben der Zelle.
Unter diesen Gesichtspunkten ist der genannte Tipp mit dem Kühlschrank auch erstmal nicht falsch, denn niedrige Temperaturen sind für die Lagerung von Akkus immer gut – ideal sind etwa 10° Celsius. Im Kühlschrank kann sich allerdings auch Feuchtigkeit bilden, die wiederum schädlich für die Batterie ist. Auf gar keinen Fall sollte man einen Lithium-Ionen-Akku bei unter 0°C wieder aufladen. Auch die Lade- und Entladestrategie wirkt sich positiv auf die Lebensdauer aus. Hier gilt grundsätzlich: Nie ganz vollladen, nie ganz entladen und so häufig wie möglich nachladen.
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Ja und Nein. Aktuell werden z.B. Feststoffkörper-Batterien, Lithium-Schwefel und Lithium-Luft-Batterien erforscht. Insbesondere letztere bieten dabei potentiell die beste Energiedichte. Doch nach dem ersten Hype folgte hier eine große Phase der Ernüchterung und es ist noch völlig unklar, ob man es schafft, diese Technik marktreif zu entwickeln. Festkörper-Batterien könnten nach aktueller Forschungslage hingegen in fünf bis zehn Jahren als Nachfolgetechnologie bereit stehen. Doch verlässliche Voraussagen zu treffen ist auch hier kaum möglich.
Was Hoffnung macht ist, dass es neben der Erforschung revolutionärer Batterien auch eine kontinuierliche Weiterentwicklung der bestehenden Technik gibt, die stückweise, aber eben nicht sprunghaft, verbessert wird. Und auch die Geräte als Ganzes werden so weiterentwickelt, dass sie die zur Verfügung stehenden Batteriekapazitäten effizienter nutzen. So haben wir in der Entwicklung des VR200 z.B. keinen klassischen, sondern einen bürstenlosen Motor verwendet, damit der Saugroboter trotz gleichem Akku länger reinigen kann. Und auch bei unserem Twercs Koffer setzen wir mit vier unabhängigen, geschlossenen Ladekreisen bei nur einem Stromanschluss auf ein innovatives Ladekonzept.
Zu den Personen: Gerhard Isenberg ist seit eineinhalb Jahren in der Vorentwicklung bei Vorwerk tätig und beschäftigt sich vornehmlich mit Akku-Themen. Dr. Andres Sauerwald ist langjähriger Mitarbeiter im Quality Management, wo er unter anderem an der Entwicklung der Saugroboter VR100 und VR200 beteiligt war. Seitdem hat er sich ebenfalls auf Lithium-Ionen-Akku-Themen spezialisiert.