Akku
Ein Akku ist ein wiederaufladbarer Energiespeicher, der elektrische Energie aufnimmt, speichert und bei Bedarf wieder abgibt. Im Unterschied zur Batterie handelt es sich um ein System, das nach dem Entladen nicht entsorgt, sondern erneut geladen wird. Akkus bestehen aus mindestens zwei Elektroden, einem Elektrolyten und einem Gehäuse, das diese Komponenten schützt und voneinander trennt. Sie gehören zu den am weitesten verbreiteten technischen Grundlagen für mobile Geräte und haben in den vergangenen Jahrzehnten viele Bereiche des Alltags verändert. Der Begriff selbst ist eine Kurzform von "Akkumulator". Seine technische Entwicklung reicht bis in das 19. Jahrhundert zurück, als erste wiederaufladbare Zellen geschaffen wurden, um stationäre Telegrafen und frühe elektrische Anlagen zu versorgen. Heute finden Akkus in nahezu allen tragbaren Geräten wie Mobiltelefonen, Werkzeugen, medizinischen Geräten oder Fahrradantrieben Anwendung. Auch im Bereich der stationären Speicherung, etwa zur Unterstützung von Photovoltaik-Anlagen oder als Puffer in industriellen Systemen, haben sie sich etabliert. Im Mittelpunkt steht stets die kontrollierte Umwandlung chemischer Energie in elektrische Energie und umgekehrt, wobei zahlreiche Sicherheitsmechanismen nötig sind, um einen stabilen Betrieb zu gewährleisten. Die technische Auslegung eines Akkus richtet sich nach seinem Einsatzgebiet, etwa nach gewünschter Kapazität, Gewicht, Ladegeschwindigkeit oder Temperaturbeständigkeit.
Aufbau und Funktionsweise
Ein Akku besteht grundsätzlich aus einer positiven und einer negativen Elektrode, die gemeinsam mit einem Elektrolyten ein elektrochemisches System bilden. Zwischen den Elektroden befindet sich ein Separator, der den direkten Kontakt verhindert, aber den Transport von Ionen ermöglicht. Beim Entladen wandern Ionen innerhalb der Zelle vom Minuspol zum Pluspol, während Elektronen über einen äußeren Stromkreis transportiert werden und dadurch nutzbare elektrische Energie bereitstellen. Beim Laden wird dieser Vorgang umgekehrt. Das Ladegerät führt elektrische Energie zu, wodurch die chemische Zusammensetzung in ihren Ausgangszustand zurückgeführt wird. Akkus werden dabei so konstruiert, dass dieser Kreislauf viele hundert bis tausend Male wiederholt werden kann. Der Wirkungsgrad, also das Verhältnis zwischen eingespeister und abrufbarer Energie, hängt stark von Zellchemie und Temperatur ab. Moderne Systeme besitzen elektronische Schutzschaltungen, die Überladung, Tiefentladung oder Kurzschluss verhindern und so die Lebensdauer erhöhen. Eine wichtige Rolle spielt außerdem das Thermomanagement, da hohe Temperaturen die Alterung beschleunigen können. Die eigentliche Leistungsfähigkeit wird über Kennwerte wie Kapazität, Spannung, Innenwiderstand oder Entladerate beschrieben. In mobilen Geräten werden häufig sogenannte Lithium-Ionen-Akkus eingesetzt, da sie ein günstiges Verhältnis von Gewicht zu Energiegehalt bieten. Andere Bereiche nutzen Systeme wie Bleiakkumulatoren oder NiMH-Akkus, wenn Robustheit oder Kosten relevanter sind als maximale Energiedichte.
Typen und Einsatzbereiche
Akkus lassen sich nach ihrer chemischen Zusammensetzung, ihrem Aufbau und ihren Einsatzgebieten unterscheiden. Besonders verbreitet sind Lithium-Ionen-Systeme, zu denen Varianten wie Lithium-Polymer- oder Lithium-Eisenphosphat-Zellen gehören. Sie dominieren heute Smartphones, Laptops, Elektrowerkzeuge oder Elektroautos. Ihre Vorteile liegen in hoher Energiedichte, geringem Gewicht und moderner Schutztechnik. Nickel-Metallhydrid-Akkus werden weiterhin in Geräten genutzt, die moderate Leistungen benötigen, etwa Kameras, Fernbedienungen oder tragbare Radios. Sie gelten als robust und verzeihen häufige Ladezyklen. Der klassische Bleiakku findet sich vor allem in Fahrzeugen, Notstromsystemen und stationären Anlagen. Er ist schwerer, aber kostengünstig und toleriert starke Lastspitzen. In speziellen Anwendungen existieren weitere Systeme wie Silberoxid- oder Natrium-Schwefel-Akkus. Die Wahl des geeigneten Akkutyps richtet sich typischerweise nach Faktoren wie Lebensdauer, Temperaturbereich, Wartungsaufwand und Anschaffungskosten. Für die wachsende Nutzung erneuerbarer Energien spielen stationäre Speicher eine zunehmende Rolle: Sie können überschüssigen Strom aus Windenergie oder Photovoltaik aufnehmen und zeitversetzt bereitstellen. Dadurch wird das Stromnetz stabilisiert und die Eigenversorgung verbessert. In Alltagsgeräten ist der Trend zur Miniaturisierung deutlich: immer kleinere und leichtere Akkus ermöglichen kompakte Elektronik, die über Stunden oder Tage betrieben werden kann. Parallel wächst die Bedeutung der Schnellladetechnik, die Energienachschub innerhalb weniger Minuten ermöglichen soll, ohne die Lebensdauer der Zelle merklich zu beeinträchtigen.
Sicherheit und Lebensdauer
Die Sicherheit von Akkus hängt stark von Materialwahl, Herstellung und Schutztechnik ab. Viele Zellen besitzen elektronische Überwachungen, die Spannung, Temperatur und Stromfluss kontrollieren. Diese Maßnahmen verhindern Überhitzung, Kurzschluss oder gefährliche Gasentwicklungen. Dennoch müssen Akkus sachgerecht behandelt werden. Falsches Ladezubehör, starke mechanische Belastung oder extreme Temperaturen können Schäden verursachen. Besonders empfindlich sind Lithium-Ionen-Systeme, bei denen interne Defekte zu einer sogenannten thermischen Reaktion führen können. Hersteller reagieren darauf mit mehrschichtigen Schutzmechanismen, verbesserten Separatoren und stabileren Elektrolyten. Die Lebensdauer eines Akkus wird von zahlreichen Faktoren beeinflusst. Jeder Ladezyklus führt zu minimalen chemischen Veränderungen, die sich über Jahre hinweg in Form von Kapazitätsverlust bemerkbar machen. Hitze beschleunigt diesen Prozess, während moderate Temperaturen die Zellen schonen. Auch der Ladezustand spielt eine Rolle: Viele Systeme altern langsamer, wenn sie nicht dauerhaft auf 100 Prozent geladen bleiben. Deshalb integrieren viele Geräte eine Ladebegrenzung. Bei richtiger Nutzung können moderne Akkus mehrere Jahre zuverlässig funktionieren. In Fahrzeugen wird die Lebensdauer oft anhand der verbleibenden Reichweite bewertet. Stationäre Speicher können dagegen durch gleichmäßige Beanspruchung besonders lange eingesetzt werden. Am Ende des Lebenszyklus müssen Akkus fachgerecht entsorgt oder recycelt werden, da sie wertvolle Rohstoffe wie Lithium, Kobalt oder Nickel enthalten. Der Aufbau neuer Recyclingverfahren soll sicherstellen, dass diese Materialien wieder vollständig in den Herstellungsprozess zurückgeführt werden können.
Produktion und Recycling
Die Herstellung eines Akkus umfasst zahlreiche Arbeitsschritte, beginnend mit der Gewinnung der Rohstoffe. Diese werden gereinigt, zu Pulver verarbeitet und zu Elektroden beschichtet. Anschließend werden Zellen zusammengesetzt, geprüft und in Module oder Packs integriert. Moderne Fertigungslinien arbeiten hochautomatisiert, um gleichbleibende Qualität zu gewährleisten. Ein besonderes Augenmerk liegt auf der Reinheit der Materialien, da kleinste Verunreinigungen die Sicherheit beeinträchtigen können. Die weltweite Produktion konzentriert sich derzeit in Asien, während andere Regionen den Ausbau eigener Fertigungskapazitäten vorantreiben. Beim Recycling spielt die Rückgewinnung wertvoller Metalle eine entscheidende Rolle. Spezialisierte Anlagen trennen Gehäuse, Elektrolyte und aktive Materialien und führen sie dem Rohstoffkreislauf wieder zu. Die Verfahren umfassen mechanische, thermische und chemische Schritte. Ziel ist es, die Umweltauswirkungen der Batterieproduktion zu verringern und Abhängigkeiten von Rohstoffimporten zu reduzieren. Für Verbraucher ist die fachgerechte Rückgabe wichtig: Beschädigte oder verbrauchte Akkus dürfen nicht im Hausmüll landen. Sammelstellen, Händler und kommunale Einrichtungen nehmen sie kostenlos entgegen. Durch die steigende Zahl an Elektrofahrzeugen und stationären Speichern wird das Thema Recycling in den kommenden Jahren noch stärker in den Fokus rücken. Gleichzeitig arbeiten Forschungseinrichtungen an neuen Zellchemien, die weniger kritische Rohstoffe benötigen und länger haltbar sind. So sollen Akkus nachhaltiger, sicherer und leichter recycelbar werden.
