Lithium-Ionen-Akku

Aufbau und Funktion der Akkus.

Elektrorolelr und E-Scooter beziehen ihre Antriebsenergie aus einem aufladbaren Akku. Alle unsere eaventura Elektroroller sind mit sogenannten Lithium-Ionen-Akkus ausgestattet, weil diese für ihre Energiedichte sehr leicht sind und ein sehr geringes Roller-Eigengewicht möglich machen.

Wer der Meinung ist, dass beim Akku nur die Watt-Zahl Aufschluss über die Leistung und Fahrdauer gibt, liegt übrigens nicht ganz richtig. Die Voltzahlen sind ebenfalls entscheidend. Teilt man Watt durch Volt, ist das Ergebnis die Stromstärke des Akkus in Ampere.

Unter Ampere versteht man die Einheit in der Strom gemessen wird.

Die Kapazität eines Akkus wird in Ampere Stunden angegeben. Sie gibt die gespeicherte Elektrizitätsmenge einer Zelle an. Je mehr Ampere Stunden (Ah) ein Akku vorweisen kann, umso länger kann er auch genutzt werden. Ampere Stunden bezeichnet man auch als Nennkapazität.

Ein Beispiel: Ein Akku gibt eine Kapazität von 10 Ah Stunden an. Das bedeutet, dass man dem Akku 10 Stunden lang jeweils 1 Ampere pro Stunde entnehmen kann.

Watt ist die Maßeinheit der elektrischen Leistung.

In Wattstunden (Wh) wird bei einem Akku die Energie gemessen, die eine Zelle unter festgelegten Voraussetzungen abgeben kann. Man spricht bei Wattstunden auch von Nennenergie. Wenn ein Akku 1 Watt an elektrischer Leistung 1 Stunde zur Verfügung stellt, liefert der Akku 1 Wattstunde. Die Wattstunden eines Akkus errechnen sich aus Spannung * Kapazität.

Ein Beispiel: Die Beschreibung eines Akkus gibt 25 Volt mit 18 Ah an. Also 18 Ah x 25 V =  450 Wh.

Durchschnittleiche Reichweite eines Elektrorollers.

Die Reichweite der E-Roller hängt natürlich zum Beispiel von der Fahrweise und dem Gewicht des Fahrers ab sowie vom Straßenbelag, von der Temperatur und der gefahrenen Geschwindigkeit. Es lohnt sich also, bei der Anschaffung darüber nachzudenken, ob für Sie die Reichweite einer der ausschlaggebenden Faktoren für die Wahl eines speziellen Modells ist.

Aufbau der Lithium-Ionen-Batterie.

In einem Lithium-Ionen-Akku stecken viele kleine Batteriezellen. Jede Zelle besteht zunächst aus zwei leitfähigen Schichten aus Aluminium bzw. Kupfer. Dazwischen befinden sich Kathode und Anode, die beiden Elektroden der Batterie. Die Kathode ist der Pluspol der Batterie und besteht aus Lithium-Metalloxid. Die Anode, der Minuspol der Batterie, besteht aus Graphit. 

Die Ladungsträger in der Batterie sind Lithium-Ionen, die sich zwischen Kathode und Anode hin und her bewegen. Damit das möglich ist, befindet sich zwischen den beiden Polen eine Flüssigkeit, der Elektrolyt. Er besteht aus einem organischen Lösungsmittel und einem Leitsalz. Dieser Elektrolyt muss sehr rein und wasserfrei sein, damit das Laden und Entladen ungestört ablaufen kann. Damit es in der Batterie keinen Kurzschluss gibt, trennt ein Separator die beiden Elektroden voneinander. Das ist eine dünne Membran, die nur die Ionen durchlässt.

Laden und Entladen

Beim Laden wird von außen Spannung an die Batterie gelegt, wodurch in der Anode ein Überschuss an negativ geladenen Elektronen entsteht. Der Kathode wiederum werden Elektronen entzogen, und die positiv geladenen Lithium-Ionen wandern deshalb von der Kathode in die Anode. Dort verbinden sie sich wieder mit einem überschüssigen Elektron und lagern sich – dann wieder als neutrales Teilchen – in der schichtartigen Struktur des Graphits ein. Dann ist die Batterie geladen.

Beim Entladen, also beispielsweise während man mit dem Elektroauto fährt oder das Smartphone nutzt, läuft dieser Vorgang umgekehrt ab: Die Lithium-Ionen wandern dann durch den Elektrolyt zurück in die Kathode und die gespeicherte Energie wird wieder frei.

Lebensdauer der Lithium-Ionen-Batterie

Diesen Prozess kann man nicht endlos wiederholen, und deshalb altern Akkus nach einiger Zeit. Nach vielen Ladezyklen verändert sich die kristalline Struktur der Lithiumschicht, weshalb immer immer weniger Lithium-Ionen aktiviert werden können. Deshalb verlieren die Akkus mit der Zeit ihre Leistungsfähigkeit. Ihre Lebensdauer und Leistung hängen davon ab, wie gleichmäßig und rein die chemische Zusammensetzung der Elektroden und des Elektrolyt ist.

Je nach Behandlung kann der Lithium-Ionen-Akku zwischen 500 und mehr als 800 Ladezyklen durchhalten. Das sind mehr als 25.000km Laufleistung.

Ein Ladezyklus steht für ein komplettes Auf- und Entladen des Akkus, d.h. das Verbrauchen der kompletten 100% der Ladestandanzeige.

Wenn ich also beispielsweise mein E-Scooter morgens mit 100% vom Stromkabel abziehe und tagsüber 50% des Akkus verbrauche, nachts das Stromkabel zum Aufladen wieder anschließe und am nächsten Tag wieder 50% des Akkus verbrauche, war das nur ein einziger Ladezyklus, nämlich in der Summe 100%. Es müssen also zusammen 100% des Akkus verbraucht werden, erst dann wird ein Ladezyklus gewertet.

Wenn die Lebensdauer eines Akkus zuneige geht, also die bis zu 800 Ladezyklen verbraucht sind, dann “stirbt” der Akku nicht von einem auf den anderen Tag, sondern er verliert langsam an Kapazität. D.h. über die Wochen hinweg wird er nach dem Laden immer weniger Stunden Strom liefern, die Nutzungszeit nach dem Laden wird immer kürzer. Der Ausfall des Akkus von einem Tag auf den anderen, dass plötzlich gar nichts mehr geht, tritt nur in Ausnahmefällen ein.