Li-Ionen-Akkus: Welche Spezifikationen gibt es und was bedeuten sie?

Warum ist eine 4,2V Li-Ionen-Batterie bei 3,6V oder 3,7V nominiert?

• Nennspannung (Nominal Voltage): Die Nennspannung von Li-Ionen-Akkus liegt normalerweise bei 3,6V oder 3,7V. Diese Spannung gibt die durchschnittliche Spannung des Akkus während eines vollständigen Lade- und Entladezyklus an, also den Durchschnittswert, der während der Entladung gemessen wird.

• Maximale Ladespannung (Maximum Charging Voltage): 4,2V ist die maximale Spannung, auf die Li-Ionen-Akkus in der Regel geladen werden. Das bedeutet, dass der Akku bei voller Ladung etwa 4,2V beträgt.

• Entladespannung (Discharge Voltage): Die Spannung von Li-Ionen-Akkus sinkt allmählich während der Entladung. Die Spannung kann bis auf 3,0V oder sogar noch niedriger sinken, wenn der Akku fast vollständig entladen ist.

Kapazität: Wann mAh und wann mWh?

Die Kapazität eines Akkus ist ein grundlegendes Merkmal, das angibt, wie viel Energie ein Akku speichern kann und wie lange er bei einer bestimmten Last Strom liefern kann. Bei Li-Ionen-Akkus wird die Kapazität normalerweise in mAh (Milliamperestunden) angegeben, während Ni-MH-Akkus häufig in mWh (Milliwattstunden) angegeben werden. Bei größeren Akkus, wie z.B. Autoakkus, wird die Kapazität oft in Ah (Amperestunden) angegeben.

Welche ist die höchste Kapazität? Derzeit ist unter den 21700-Akkus der F60 mit 6000 mAh der leistungsstärkste.

Größengruppierung

Was bedeutet 18650? Ist das ein großer AA-Akku?

In Taschenlampen wird am häufigsten der 18650-Akku verwendet, aber auch 14500 und 26650 sind verbreitet. Zudem gibt es Akkus in den Größen 10440, 16340, 18350, 18500 und 32650. Diese Zahlen geben die Größe des Akkus an. Bei der 18650 gibt die erste Zahl den Durchmesser der Zelle an, hier 18 mm, und die zweite Zahl die Länge, hier 65 mm. Einige Akkus können jedoch in der Größe geringfügig abweichen, sodass ein 18650-Akku auch 18,5 mm breit und bis zu 70 mm lang sein kann, besonders wenn er geschützt ist (dazu später mehr). Daher ist es wichtig, vor dem Kauf sicherzustellen, dass der Akku in das Gerät passt, da ein zu großer Akku nicht hineinpasst und ein zu kleiner Akku „wackeln“ könnte. Das Gewicht eines Akkus hängt von seiner Größe ab. Ein 18650-Akku wiegt etwa 45-50g, während ein 21700-Akku zwischen 65-80g wiegt; alles darunter deutet auf minderwertige Qualität hin.

Spannungsgruppierung

• Nickelbasierte Akkus haben eine Nennspannung von 1,2V, was bedeutet, dass sie in der Praxis zwischen 0,8V und 1,4V arbeiten.
• Lithiumbasierte Akkus, die eine Betriebs Spannung von 1,5V haben, wurden entwickelt, um die vorherige Gruppe zu ersetzen und arbeiten zwischen 1V und 1,8V.
• Lithium-Ionen-Akkus haben eine Spannung von 3,0V (typischerweise in CR2- und CR123-Größen).
• LiFePO4-Akkus haben eine Spannung von 3,2V.
• Li-Ionen-Akkus haben eine Spannung von 3,6V (zwischen 2,8V und 4,2V).

Diese Akkus sind nicht untereinander austauschbar. Verwende zum Beispiel keinen 3,6V-Akku in einem Gerät, das 1,2V erwartet, da dies zu Schäden führen kann. Ein 1,5V-Akku kann einen herkömmlichen 1,2V-Ladegerät beschädigen. Ein 3,0V-Akku kann jedoch in einem Ladegerät, das auf 3,2V eingestellt ist, verwendet werden, aber größere Unterschiede sind problematisch.

Wann sollte man einen geschützten Akku verwenden und was bedeutet es, wenn der Akku konisch ist?

Li-Ionen-Akkus können in zwei große Gruppen unterteilt werden: geschützte und ungeschützte Akkus. Geschützte Akkus haben einen kleinen Schaltkreis an der Unter- oder Oberseite, der Sicherheitsfunktionen übernimmt, indem er den Akku bei Überladung, Tiefentladung oder Kurzschluss von den Anschlüssen trennt. Im Gegensatz dazu benötigen ungeschützte Akkus mehr Aufmerksamkeit, sind jedoch günstiger als ihre geschützten Gegenstücke. Geschützte Akkus sind oft länger; zum Beispiel können 18650-geschützte Akkus bis zu 70 mm lang sein.

Schutz und Konizität sind nicht immer miteinander verbunden. Es gibt konische Akkus (ähnlich wie bei Batterien, bei denen das positive Ende hervorsteht), die ohne Schutz ausgestattet sind.

Belastbarkeit

Es gibt Akkus mit hoher Belastbarkeit (High Drain) und solche mit niedrigerer Belastbarkeit. Diese Zahl zeigt, wie viel Strom (A) ein Akku zu einem bestimmten Zeitpunkt oder kontinuierlich liefern kann. Dies ist wichtig, da viele Geräte keine hohe Belastbarkeit benötigen, während andere, wie die Astrolux C8 Taschenlampe, nur mit Hochstrom-Akkus 1600 Lumen und 600 Meter Reichweite erreichen. Die Belastbarkeit reicht von 1A bis 100A, wobei alles über 15A als hohe Belastbarkeit gilt. Beachte, dass sehr günstige Akkus mit hoher Belastbarkeit möglicherweise nicht die versprochene Leistung bieten oder sicher sind. Es ist besser, Akkus mit hoher Belastbarkeit von renommierten Herstellern (Sony, LG, AWT) zu kaufen.

Kontinuierliche und maximale Belastbarkeit

Diese beiden Werte unterscheiden sich: Die kontinuierliche Belastbarkeit kann das gesamte Ladevolumen halten, während die maximale Belastbarkeit nur für 1-2 Sekunden aufrechterhalten werden kann. Achte darauf, welche Belastbarkeitsangaben auf dem Akku stehen und wie sie beworben werden.

Wichtig: Geschützte Akkus haben eine niedrigere Belastbarkeit; der Schutz lässt selten Belastungen über 5A zu. Dies sollte bei der Auswahl des Akkus berücksichtigt werden.

Was zeigt die Leistung eines Akkus?

Die Leistung eines Akkus gibt an, wie viel Energie er in einer bestimmten Zeit liefern kann. Die Leistung wird in Watt (W) oder Kilowatt (kW) gemessen und ergibt sich aus:

• Spannung (Voltage, V): Die Ausgangsspannung des Akkus.
• Strom (Current, A): Der vom Akku gelieferte Strom.

Leistungsberechnung

Die Leistung eines Akkus wird durch das Produkt von Spannung und Strom berechnet: Leistung (P) = Spannung (V) × Strom (I)

Zum Beispiel, wenn ein Akku eine Spannung von 12V hat und 2A liefert, beträgt die Leistung: P = 12V × 2A = 24W

Nehmen wir einen Akku mit 10A Belastbarkeit und 3,6V: 10A × 3,6V = 36W

Was zeigt die Energiedichte?

Die Energiedichte eines Akkus zeigt, wie viel Energie in einem bestimmten Volumen oder Gewicht gespeichert werden kann. Es gibt zwei Hauptarten von Energiedichte:

• Spezifische Energiedichte (Specific Energy): Diese wird nach Gewicht gemessen und in Wattstunden pro Kilogramm (Wh/kg) angegeben. Sie zeigt, wie viel Energie in einem Kilogramm Akku gespeichert werden kann. Dies ist besonders wichtig bei tragbaren Geräten, wo das Gewicht eine kritische Rolle spielt.

• Volumetrische Energiedichte (Energy Density): Diese wird nach Volumen gemessen und in Wattstunden pro Liter (Wh/L) angegeben. Sie zeigt, wie viel Energie in einem Liter Akku gespeichert werden kann. Dies ist wichtig für platzsparende Anwendungen wie bei Elektrofahrzeugen.

Warum ist die Energiedichte wichtig?

• Tragbarkeit: Je höher die Energiedichte, desto kleiner und leichter kann der Akku sein, während er dieselbe Menge an Energie speichert. Dies ist besonders wichtig für mobile Geräte wie Smartphones, Laptops und Drohnen.
• Betriebsdauer: Akkus mit höherer Energiedichte können eine längere Betriebsdauer bei gleichem Volumen oder Gewicht bieten.
• Effizienz: Bei Elektrofahrzeugen kann eine höhere Energiedichte eine größere Reichweite bei gleichem Akku-Pack bedeuten.

Beispiele für Akkus mit unterschiedlicher Energiedichte

• Lithium-Ionen-Akkus: Derzeit am weitesten verbreitet, mit relativ hoher Energiedichte (typischerweise zwischen 150-250 Wh/kg und 250-730 Wh/L).
• Blei-Säure-Akkus: Ältere Technologie, mit niedrigerer Energiedichte (etwa 30-50 Wh/kg und 60-110 Wh/L), aber günstiger und robuster.
• Lithium-Polymer-Akkus (Li-Po): Leichter und flexibler, mit hoher Energiedichte (ähnlich wie Li-Ionen-Akkus).

Die Energiedichte ist daher ein wichtiger Parameter, der die Anwendbarkeit und Effizienz von Akkus in verschiedenen Einsatzbereichen beeinflusst.

Der aktuell leistungsstärkste Akku für Sport-Taschenlampen ist der Molicel P45B mit 243 Wh/kg.

Leistungsdichte

Die Leistungsdichte ist ein Maß dafür, wie viel Leistung in einem bestimmten Volumen oder Gewicht eines Energiequellen wie eines Akkus bereitgestellt werden kann. Es gibt zwei Haupttypen:

• Volumetrische Leistungsdichte (Volumetric Power Density): Zeigt, wie viel Leistung in einem bestimmten Volumen (Liter oder Kubikmeter) gespeichert werden kann. Die Einheit ist Watt pro Liter (W/L) oder Watt pro Kubikmeter (W/m³).

• Spezifische Leistungsdichte (Specific Power Density): Zeigt, wie viel Leistung in einem bestimmten Gewicht (Kilogramm) gespeichert werden kann. Die Einheit ist Watt pro Kilogramm (W/kg).

Was bedeutet es, wenn ein Akku eine interne Widerstand von 22 mΩ hat?

Der Widerstand zeigt, wie stark ein Material oder eine Komponente den elektrischen Stromfluss behindert. Ein interner Widerstand von 22 mΩ zeigt an, wie viel Widerstand der 18650-Akku gegen den Stromfluss bietet. Je niedriger der Widerstand, desto besser ist die Leistung und Effizienz, da weniger Energie durch den internen Widerstand verloren geht. Bei einem 18650-Akku ist ein Wert unter 50 mΩ ideal (bei konischen Akkus unter 80 mΩ), wobei Werte unter 100 mΩ noch akzeptabel sind, auch wenn sie sich im Laufe der Zeit verschlechtern können.

Welcher Akku ist also der beste?

Das hängt davon ab, wofür du den Akku benötigst: für E-Zigaretten, Taschenlampen, E-Bikes oder Akku-Tools – jeweils sind andere Akkus ideal. Die oben genannten Daten findest du in unseren Akkus, sodass du, wenn du weißt, welche Spezifikationen du suchst, leicht den richtigen Akku auf unserer Seite finden kannst.

Wenn du weitere Informationen zu Akkus benötigst, findest du sie hier!