Prof. Dr. Thorsten Jungmann (Stand 2025-10-25)
Ein Akkumulator, kurz Akku, ist eine wiederaufladbare Batterie (Sekundärzelle). Er unterscheidet sich von einer herkömmlichen Batterie (Primärzelle) dadurch, dass er nach der Entladung durch Zufuhr elektrischer Energie wieder in seinen ursprünglichen Ladezustand versetzt werden kann.
1 Wie sieht er aus?
Ein zylindrisches oder blockförmiges Gehäuse aus Metall oder Kunststoff, oft mit zwei deutlich markierten Anschlüssen (+/−). Häufig mit Angaben zu Spannung, Kapazität und Hersteller aufgedruckt.
2 Was kann er?
Speichert elektrische Energie chemisch und gibt sie bei Bedarf wieder ab. Kann im Gegensatz zur Batterie wiederholt aufgeladen werden.
3 Wie funktioniert er?
Ein Akkumulator wandelt elektrische Energie beim Laden in chemische Energie um (elektrochemische Reaktion) und beim Entladen wieder zurück. Abhängig vom Typ (z. B. Blei-, Nickel-Metallhydrid-, Lithium-Ionen-Akku) kommen unterschiedliche Elektroden- und Elektrolytmaterialien zum Einsatz.
4 Wie sieht er von innen aus?
Im Inneren befinden sich zwei Elektroden (Anode und Kathode) und ein Elektrolyt, der den Ionenfluss ermöglicht. Die Bauform bestimmt, ob diese als gewickelte Folien (Rundzellen) oder als Platten (ältere Bleiakkus) vorliegen. Gehäuse und Dichtungen verhindern Austritt von Elektrolyt und schützen vor mechanischen Einwirkungen.
Der Strom, der aus dem Akku in die angeschlossene elektrische Schaltung fließt, durchfließt auch diese innenliegenden Bauteile. Dabei tritt ein Innenwiderstand auf, der einen geringen Spannungsabfall und Wärmeverluste verursacht.
GÄNGIGE TECHNOLOGIEN
- Lithium-Polymer-Akku (LiPo): Verwendet einen gelartigen oder festen Polymer-Elektrolyten anstelle einer flüssigen Elektrolytlösung. Dies ermöglicht flexible Bauformen und macht LiPo-Akkus besonders leicht.
- Bestandteile: Lithium-Metalloxide (Kathode, z.B. Kobaltoxid), Graphit (Anode), Polymer-Elektrolyt.
- Lithium-Eisenphosphat-Akku (LFP): Eine Variante des Lithium-Ionen-Akkus mit einer Kathode aus Lithium-Eisenphosphat (LiFePO4).
- Vorteile: Besonders langlebig, sicher und kostengünstig.
- Bestandteile: Lithium-Eisenphosphat (Kathode), Graphit (Anode).
- Lithium-Nickel-Mangan-Kobalt-Oxid-Akku (NMC): Eine Technologie mit einer Kathode aus Nickel, Mangan und Kobalt.
- Vorteile: Sehr hohe Energiedichte.
- Bestandteile: Nickel-Mangan-Kobalt-Mischoxide (Kathode), Graphit (Anode).
- Lithium-Nickel-Kobalt-Aluminium-Oxid-Akku (NCA): Eine andere Kathoden-Technologie mit ähnlichen Eigenschaften wie NMC, aber mit Aluminiumzusatz.
- Vorteile: Hohe Energiedichte und Leistungsfähigkeit.
- Bestandteile: Nickel-Kobalt-Aluminium-Oxid (Kathode), Graphit (Anode).
- Lithium-Titanat-Akku (LTO): Eine Technologie, die Lithium-Titanat als Anodenmaterial verwendet.
- Vorteile: Extrem schnelle Ladefähigkeit und lange Lebensdauer.
- Bestandteile: Lithium-Titanat (Anode), Lithium-Metalloxid (Kathode).
Ältere Technologien:
- Blei-Säure-Akku: Ältere Autobatterien verwenden Bleiplatten und eine Schwefelsäure-Lösung.
- Nickel und Cadmium (NiCd) bzw. Nickel und Metallhydrid (NiMH): Ältere Akkutechnologien, die heute meist durch die leistungsfähigeren Lithium-basierten Batterien ersetzt werden.
5 Welche Rolle spielt er in der Lehre?
Dient als Beispiel für wiederaufladbare Energiespeicher und zur Verdeutlichung der Unterschiede zwischen Primär- und Sekundärzellen. In der Elektrotechnik wird der Akku häufig als reale Spannungsquelle modelliert: eine ideale Spannungsquelle mit einem Innenwiderstand in Serie. Zudem wird er in Versuchen oder Gedankenexperimenten zum Laden, Entladen und zur Messung seiner Kapazität eingesetzt.
6 Welche Rolle spielt er in der Praxis?
Akkus dienen als Speicher für elektrische Energie und kommen beispielsweise in Elektrokleingeräten, Werkzeugen, Elektrofahrzeugen sowie als Speicher in Photovoltaik-Anlagen vor. Sie sind unverzichtbar, wenn elektrische Energie unabhängig vom Stromnetz benötigt wird.
Symbolik
- Kennbuchstabe in Schaltplänen: G
- Der Akku wird als Gleichspannungsquelle modelliert. Sein Ersatzschaltbild (ESB) ist das einer Batterie:
Die Markierung an den Anschlüssen (Kringel) und die Darstellung der Spannung sind nicht standardisiert. Hier gehören sie zur Darstellung in iCircuit.
Der Akku kann auch als einfache Gleichstromquelle dargestellt werden:
Oder schlicht als ideale Spannungsquelle (wenn die sonstigen Eigenschaften nicht relevant sind):
Berechnungen
- Ladung
- Laden und Entladen
- Innenwiderstand