Wie funktioniert ein Akku?

Akkus werden immer wichtiger. Viele elektronische mobile Geräte finden Verwendung und wollen mit Strom versorgt sein. Normale Batterien zu verwenden wäre eine Verschwendung. Daher finden Akkus ihren Einsatz in solchen Geräten. Doch wie funktionieren Akkus?

Das Grundprinzip ist eigentlich relativ leicht: bei Akkumulatoren (Kurzform: Akkus) wird zunächst elektrische Energie in den Akkus in Form von chemischer Energie gespeichert. Wenn ein Verbraucher an die Energiequelle angelegt wird, wird die chemisch gespeicherte Energie wieder in elektrische Energie umgewandelt. Bei diesem Umwandlungsprozess geht ein Teil der verwendeten Energie in Form von Wärmeenergie verloren. Der Ladewirkungsgrad bezeichnet das Verhältnis der Energie die reingesteckt wird zur Energie, die aus dem Akku wieder rauszuholen ist. Dieser Wirkungsgrad liegt oft bei ungefähr 80%. Das heißt, dass ca. 20% der Energie woanders verloren geht, zumeist in Form von Wärme.

Eine weitere wichtige Eigenschaft von Akkus ist ihre Energiedichte. Dieser Wert bezeichnet wieviel Energie eine bestimmte Masse des Akkutyps speichern kann. Die Energiedichte wird in Wattstunden pro kg gemessen. Hierbei schneidet der Lithium-Ionen Akku mit am besten ab. Mit einer Energiedichte von 120-140 Wh/kg speichert er ungefähr viermal mehr Energie pro Kilogramm als Bleiakkumulatoren. Bei Lithium-Ionen Akkus werden positive geladene Lithium Ionen beim Ladevorgang in eine Graphitebene, die aus Kohlenstoff besteht, eingelagert. Diese Einbindung von Lithiu-Ionen in eine Verbindung ohne diese zu verändern nennt man Interkalation. Bei der Entladung wandern die Ionen wieder zurück. Oft handelt es sich dabei um Lithiumoxide die in eine Metallschicht eingebettet sind. Das Wandern der Ionen erzeugt eine elektromagnetische Kraft, die den Fluss der Elektronen steuert.