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RATGEBER/199: Wie man Lithium-Ionen Akkus lange lebensfähig erhält


SCHLUSS MIT DEM GERÜCHT ...

Lithium-Ionen Akkus könne man jeder Zeit aufladen

und wie man ihre Lebenszeit verlängert


Mit wiederaufladbaren Batterien bzw. "Akkus" herkömmlicher Machart, wie sie seit Jahrzehnten im Handel sind, kennt sich inzwischen fast jeder gut aus. Ob es sich um die wegen ihres giftigem Anteils an Cadmium kaum noch auf dem Markt auffindbaren Nickel-Cadmium-Akkus handelt oder um die moderneren, umweltfreundlicheren Nickel- Metallhydrid-Akkus, die Hersteller scheinen sich bei der Preisgabe von Wartungs- und Pflegeanweisungen bewußt zurückzuhalten.

Gewöhnlich unterscheiden sich die verschiedenen Akku-Typen in der chemischen Zusammensetzung und daher auch in den jeweiligen Reaktionen, die ablaufen und zum Freisetzen des elektrischen Stroms führen. Für das Aufladen der Akkus, also für die Umkehrung der stattfindenden chemischen Prozesse in den bestmöglichen Ausgangszustand durch Zufuhr von Strom von außen, können sich daraus zum Aufrechterhalten der optimalen Ausgangsbedingungen jeweils unterschiedliche Vorgehensweisen ergeben. Werden sie nicht eingehalten, kann der chemische Prozeß nicht vollständig ablaufen, was zwangsläufig zu Kapazitätsverlusten führt. Umgekehrt kann das sorgfältige Einhalten der optimalen Bedingungen die Lebenszeit eines Akkus erheblich verlängern, woran die Hersteller des kommerziellen, auf Verschleiß und häufige Erneuerung ausgelegten Marketingprodukts verständlicherweise kein besonders großes Interesse haben.

Dennoch wissen wohl die meisten, daß alte Nickel-Cadmium-Akkus (NiCd- Akkus) möglichst restlos verbraucht werden sollen, ehe man ihre chemischen Prozesse umkehrt, d.h. die Batterie in ein handelsübliches, passendes Ladegerät einlegt. Wird dieser Akku-Typ schon bei teilweiser Entladung wieder neu geladen, bilden sich Kristalle aus, die die weitere Entladung über diesen Punkt hinaus stark erschweren. Man spricht von einem Memory-Effekt. Praktisch heißt das, von dem Akku ist dann nur noch der Teil der Gesamtkapazität verfügbar, die der vorhergegangenen Teilentladung entspricht.

Angeblich sollte der Memory-Effekt die moderneren Nickel-Metallhydrid- Akkus nicht mehr betreffen, doch auch hier gibt es eine optimale Handhabung, auf die die Hersteller nicht unbedingt aufmerksam machen, die bei Nichteinhaltung aber ebenfalls zu einer Kapazitätsminderung führen kann oder sogar den gesamten Akku kosten. Das geschieht, wenn dieser Akku-Typ (anders als bei NiCd-Akkus) vollständig entladen wird. Dabei werden dann nämlich chemische Voraussetzungen zerstört, die sich auch bei neuerlicher Stromzufuhr nicht mehr regenerieren lassen. In Ladegeräten, die den Ladezustand eines Akkus anzeigen, wird dann meist ein sogenannter Kurzschluß gemeldet. D.h. der Strom kann in der Batterie nicht mehr von einem Pol zum anderen fließen.

Manchmal läßt sich die Chemie dann durch Erwärmen in der Hosentasche und mehrmaliges "Anladen" im Aufladegerät so weit erweichen, daß ein Aufladen doch noch wieder möglich wird. Und und durch einen zusätzlichen Entladungs- und Aufladungsvorgang (Refreshment-Funktion) kann man sie wieder in Gang setzen. Nach mehrmaliger Totalentladung ist das aber meist nicht mehr möglich.

Es ist auch gar nicht so einfach, den besten Zeitpunkt zu erwischen, bei dem die Batterie schon am Ende, aber noch nicht ganz leer ist. Es gibt allerdings ein paar Anhaltspunkte dafür: So besitzen die meisten Niedrigstromgeräte (z.B. CD-Player, Walkman, MP3-Player) einen automatischen Selbstschutz für das Gerät, d.h. es schaltet sich ab, wenn die Spannung in den Batterien nicht mehr ausreicht. Spätestens dann sollte man sie also aufladen.

Es gibt auch einige billige Fabrikate, besonders bei Taschenlampen kommt das häufig vor, in denen die Batterien einfach nicht gleichmäßig entladen werden. Sie sind dort z.B. in Reihe geschaltet hintereinander gesteckt, so daß es passieren kann, daß eine schon völlig ausgelutscht ist, während eine andere noch relativ viel Kapazität enthält. Anders gesagt: die Taschenlampe glimmt oder leuchtet noch, versagt aber nicht ganz, obwohl eine Batterie schon fast am Ende ist. Durch häufigeres Tauschen der Position nach dem Aufladen läßt sich die permanente Überentladung eines einzelnen Akkus dann vermeiden. Besser ist es jedoch in diesem Fall, wenn die Lampe sichtbar schwächer leuchtet, den Ladungszustand der einzelnen Akkus zu überprüfen und gegebenenfalls alle in einem Ladegerät mit Entladefunktion aufzufrischen.

Soviel zu den Akku-Typen, mit denen die meisten Leser schon ihre Erfahrungen sammeln konnten. Inzwischen wurden diese aber bei Geräten, die mehr Strom benötigen und vor allem länger und zuverlässiger ein Gerät mit Strom versorgen sollen, durch die sogenannten Lithium-Ionen-Akkus ersetzt, von denen wahre Wunderdinge behauptet werden.

So heißt es allgemein, daß Li-Ionen-Akkus jederzeit aufgeladen werden können, ohne daß ein Memoryeffekt oder Kapazitätsverlust riskiert würde.

Viele glauben daher, sie könnten die Lebensdauer des Akkus dadurch verlängern, indem sie solange es möglich ist, über das Netzgerät arbeiten, während gleichzeitig der Akku eingesetzt ist. Dabei wird dann das Gerät über das Stromnetz versorgt und gleichzeitig der Akku permanent neu aufgeladen.

Es sollte einem allerdings schon zu denken geben, wie heiß so ein Akku werden kann, wenn man ihn auf diese Weise ständig ge- bzw. überlädt, was sich im übrigen haptisch (durch Auflegen der Hand) leicht überprüfen läßt. Zwar ist es ganz in Ordnung, wenn die Akkus beim Aufladen heiß und während der Arbeit warm werden, was in der in diesem Akku-Typ verwendeten exothermen Chemie begründet liegt, d.h. sie gibt während der laufenden chemischen Prozesse Wärmeenergie ab. Doch wenn man bedenkt, daß Wärme und Hitze genaugenommen nur andere Aggregate des Druckes und damit ein Ausdruck für den mechanischen Verschleiß sind, dann kann man sich vorstellen, daß ein häufig erhitzter Akku schneller seine mechanischen Grenzen erreicht, als einer, der nur geladen und wieder verbraucht wird.

Auch dieses Problem wird naheliegenderweise in den wenigsten Bedienungsanleitungen erörtert. Allerdings rät der Apple-Hersteller in einer amerikanischen Fassung dazu, das Laptop nicht ständig an das Stromnetz angeschlossen zu halten, solange noch der Akku eingestöpselt ist, weil die innere Chemie des Akkus sonst (wörtlich:) stagnieren, d.h. zum Stillstand kommen und die Lebensdauer der Batterie verkürzen würde. Zwar werden nähere Einzelheiten zur Funktion des Li-Ionen-Akkus nicht geäußert, doch lassen sich abgesehen von Kristallisationprozessen allein durch die ständige Hitze Austrocknungsvorgänge vorstellen, bei denen es darauf hinausläuft, daß am Ende nicht mehr genügend gelöste Ionen für die Reaktion zur Verfügung stehen.

Laut Apple reiche es für die Akkuchemie aber schon vollkommen aus, wenn dieser beispielsweise in einem Laptop einmal im Monat vollständig entladen wird. Anders gesagt: man arbeitet ohne Netzteil allein mit der Batterie, um die gespeicherte Energie zu verbrauchen und die chemischen Prozesse in Bewegung zu setzen.

Außerdem wird empfohlen die Batterie einmal im Vierteljahr neu zu kalibrieren. Die Li-Ionen-Akkus von Laptops enthalten für gewöhnlich eigene Mikroprozessoren, die den Ladungszustand der Batterie überprüfen und den Ladungszustand an den Computer weiterleiten. Der Benutzer findet das Ergebnis dieses Zusammenspiels in einer kleinen Anzeige über den Ladezustand der Batterie, wie man es von fast allen elektronischen Geräten heutzutage kennt. Die Synchronisation zwischen Batterie und Hauptcomputer kann jedoch aus dem Takt geraten, so daß der Computer z.B. einen anderen Ladezustand als den tatsächlich vorhandenen anzeigt, was sich durch eine regelmäßige Kalibrierung vermeiden läßt. Das hört sich viel komplizierter an, als es ist:

Für die Kalibrierung der Batterie bzw. des Akkus setzt man das entsprechende Gerät in Gang, wobei man sich zunächst davon überzeugt, daß es vollständig aufgeladen ist (das wird meist von einem grün blinkendem LED-Lämpchen am Aufladegerät oder Netzanschluß angezeigt). Dann wird das Gerät einfach von dem Lade- oder Netzgerät getrennt und nur mittels Batterie laufen gelassen, bis es sich in seinen "Sleep mode" (Bereitschaftsmodus) abschaltet. Das heißt, der Akku ist dann fast vollständig verbraucht und liefert gerade noch eine geringe Grundspannung, die gewährleistet, das nicht sämtliche Speicher des Computers abstürzen bzw. verloren gehen.

Läuft das System in diesem Sinne auf Reserve, kann man es erneut mit dem Aufladegerät oder das Netzteil verbinden und die Batterie wieder aufladen, wobei dabei die LED-Anzeige am Netzteil meistens rot leuchtet. Wenn das rote Blinken in ein grünes übergeht, ist die Batterie vollständig geladen und neu kalibriert.

Bei der ersten Kalibrierung vor der ersten Anwendung des elektronischen Geräts - und dabei ist es egal, ob es sich um ein Handy, ein Laptop, eine digitale Kamera oder nur einen CD-Player handelt - sollte man das Netzteil noch genau eine Stunde über diesen Punkt hinaus weiter angeschlossen lassen. Die Batterie dann, durch Benutzung des Geräts ohne Stromanschluß vollständig entladen, ebenfalls eine halbe Stunde über den Punkt hinaus, und noch einmal wieder voll aufladen. Auf diese Weise kann sich der Mikrochip des Akkus die Kalibrierung genau merken.

Daraus geht zweifelsfrei hervor, daß die schonendste Methode Li-Ionen Batterien zu verwenden, darin besteht, sie aufzuladen und dann im Sinne des Erfinders auch ohne weitere Stromzufuhr zu benutzen und diese Vorgehensweise immer dann zu wiederholen, sobald die Akkus entladen sind.

Dennoch - und in diesem Fall ist der Apple-Hersteller inkonsequent, bzw. letztlich doch an einem beschleunigten Verschleiß interessiert - könne man den Apple Laptop "PowerBook" angeblich vollständig über das Netzteil betreiben. Würde man die Batterien dann nur hin und wieder als Stromquelle nutzen, empfiehlt der Hersteller sie mindestens einmal im Monat vollständig zu entladen und dann neu wieder aufzuladen, damit sich die Chemie nicht "festsetzen" kann.

Darüber hinaus lassen sich weitere Hinweise zur Batterienpflege, allerdings in englischer Sprache auf der Website des Herstellers abrufen: www.apple.com/batteries/notebooks.html.

Wie die auf den Prinzipien der Elektrolyse basierende Chemie in verschiedenen Batterien und Akkus abläuft, kann man auch unter den folgenden Index-Titeln im Schattenblick nachlesen:

UMWELTLABOR/058: Akkumulationen (1) — Die Knopfzelle UMWELTLABOR/059: Akkumulationen (2) — Taschenbatterie & Lakritz UMWELTLABOR/060: Akkumulationen (3) — Blei aus dem Akku UMWELTLABOR/074: Müssen Nickel-Cadmium-Akkus verboten werden? RATGEBER/175: Kinderfragen (10) Warum werden Batterien nicht leichter

19. Februar 2007