Geschichte und Zukunft

In der heutigen Zeit sind tragbare Kleingeräte unabdingbar. Sie werden auch als portable Geräte bezeichnet. Ihre Verwendung reicht vom Handy über Werkzeug bis hin zum Laptop. Um eine angemessene Verfügbarkeit dieser Geräte zu erreichen, benötigen sie eine autarke, mobile Energieversorgung. Da Tauglichkeit, Qualität und Lebensdauer dieser Geräte von der Stromversorgung abhängig ist, spielt die Energiequelle eine grundlegende Rolle. Traditionell tritt sie in Form von Batterien oder Akkus auf. Diese beziehen ihre Energie gewöhnlich aus elektrochemischen Konzepten. Doch moderne Techniken ermöglichen bereits jetzt eine vielversprechende Anwendung der Brennstoffzelle als auch der Solarzelle. Dieser Vortrag soll einen Überblick über die verschiedenen gängigsten Arten der Energieversorgung portabler Geräte unter besonderer Berücksichtigung sich abzeichnender, aktueller Trends geben.

Da Tauglichkeit, Qualität und Lebensdauer dieser Geräte von der Stromversorgung abhängig ist, spielt die Energiequelle eine grundlegende Rolle. Traditionell tritt sie in Form von Batterien oder Akkus auf. Diese beziehen ihre Energie gewöhnlich aus elektrochemischen Konzepten. Doch moderne Techniken ermöglichen bereits jetzt eine vielversprechende Anwendung der Brennstoffzelle als auch der Solarzelle. Dieser Vortrag soll einen Überblick über die verschiedenen gängigsten Arten der Energieversorgung portabler Geräte unter besonderer Berücksichtigung sich abzeichnender, aktueller Trends geben.

In der heutigen Zeit sind tragbare Kleingeräte unabdingbar. Sie werden auch als portable Geräte bezeichnet. Ihre Verwendung reicht vom Handy über Werkzeug bis hin zum Laptop. Um eine angemessene Verfügbarkeit dieser Geräte zu erreichen, benötigen sie eine autarke, mobile Energieversorgung. Da Tauglichkeit, Qualität und Lebensdauer dieser Geräte von der Stromversorgung abhängig ist, spielt die Energiequelle eine grundlegende Rolle. Traditionell tritt sie in Form von Batterien oder Akkus auf. Diese beziehen ihre Energie gewöhnlich aus elektrochemischen Konzepten. Doch moderne Techniken ermöglichen bereits jetzt eine vielversprechende Anwendung der Brennstoffzelle als auch der Solarzelle. Dieser Vortrag soll einen Überblick über die verschiedenen gängigsten Arten der Energieversorgung portabler Geräte unter besonderer Berücksichtigung sich abzeichnender, aktueller Trends geben.

Als Favorit unter den herkömmlichen Akkus

geht letztendlich der teuerste Akku, das Li-Ion- Akku, hervor. Es verfügt über einen starken Marktanteil und empfiehlt sich besonders für Anwendungsgebiete mit hektischen Bedienungserfordernissen, wie beispielsweise Handys und Notebook- Computer. Weniger geeignet ist es für elektrische Werkzeuge, Funkgeräte und Geräte mit gelegentlichem Energiebedarf, wozu v.a. Laptops zählen.
Der Vorteil des Lithium- Ion- Akkus begründet sich vor allem durch seine beständige Impendanz und seiner geringen Selbstentladung. Anders als bei den auf Nickel basierenden Systemen bleibt somit der "Memory- Effekt" aus. Die mittelmäßig lange Lebensdauer des Akkus beträgt 300 bis 500 Ladezyklen oder 2 bis 3 Jahre. Dabei findet eine Alterung größtenteils unabhängig von der Nutzungsdauer statt. Der Kapazitätsverlust entsteht durch die Oxidation der Zellen und durch Korrosion.  

Als negative Elektrode wird seit 1997 Graphit statt beispielsweise Coke verwendet. Es zeigt eine flachere Spannungskurve mit einem abrupten Abknick vor der Entladung. Für die positive Elektrode stehen 2 grundlegende Möglichkeiten zur Verfügung: Kobalt und das als Spinell bezeichnete Mangan. Kobalt bietet mit 140 Wh/kg eine um 20 Wh/kg höher liegende Energiedichte als Mangan. Auch stellen sich bei Mangan Leistungsverluste bei Temperaturen ab 40°C ein. Dennoch bevorzugen größere Hersteller Mangan, da es umweltfreundlicher, billiger (30% weniger Rohstoffkosten und reduzierte Schutzschaltkreise) und sicherer in der Handhabung ist. Weitere Vorteile sind mit der einfachen Wartung und der umweltfreundlicheren Entsorgung gegeben.

Unterschiede dieses Akkus zu anderen beim Laden bestehen vor allem in der hohen Zellspannung und der eng umrissenen Spannungstoleranz von +-0.5 Volt pro Zelle. Während des nur nach festgelegten Standards möglichen Ladevorgangs bleibt der Akku kühl. Charakteristisch ist eine automatische Nachladung des Akkus durch den Charger, sobald die Spannung 4.05 Volt unterschreitet. Dies muß durch einen notwendigen, eingebauten Schutzschaltkreis gewährleistet werden. Ab einer Spannung von mehr als 4.30 Volt pro Zelle unterbricht der Charger den Ladevorgang. Dauerlademöglichkeiten bestehen nicht, da sich Lithiummetalle auf den Elektroden ablagern und zu einer Instabilität führen würden. Grenzen sind auch hier wegen der hohen Ladeströme, die durch den Schutzschaltkreis zustande kommen, gesetzt.