Energiereserve
Statt sich selbstentladener NiMH-Akkus mit noch höherer Kapazität gibt es endlich Mignon- und Micron-Akkus, die ihre Ladung über lange Zeit behalten.
- Dr. Jürgen Rink
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Statt sich selbstentladener NiMH-Akkus mit noch höherer Kapazität gibt es endlich Mignon- und Micron-Akkus, die ihre Ladung über lange Zeit behalten. Damit dringen die neuen Energiespeicher in Einsatzgebiete vor, die bislang Batterien vorbehalten waren.
Batterien müssen nach Gebrauch in den Müll, Akkumulatoren dürfen in die Ladestation und sind nach kurzer Zeit wieder einsatzbereit. Das Geschäft mit Nickelmetallhydrid-Zellen in Mignon- und Micron-Bauform lief gut, nicht zuletzt wegen der großen Zahl an Digitalkameras. Dafür kann die Akkukapazität gar nicht hoch genug sein, deshalb war die Energiedichte das Maß aller Dinge. In großen Ziffern warben die Anbieter mit einer immer höheren Amperestundenzahl auf der bunten Hülle von Mignon-Akkus (AA). Doch zum einen verharrt die seit einiger Zeit bei maximal 2700 mAh und zum anderen laufen Digitalkameras immer häufiger mit LiIon-Packs statt mit Mignon-Zellen. Das von der Branche geschürte mAh-Rennen ist vorbei, der Absatz an NiMH-Zellen stagniert in Deutschland gegenwärtig bei etwa 13 Prozent.
NiMH-Zellen mit 2700 mAh – das ist fast soviel Kapazität wie bei Alkalibatterien. NiMH-Akkus kosten aber mit ein bis vier Euro pro Stück weit mehr als Alkalibatterien, die es für weniger als ein Euro gibt, als Sonderangebot sogar noch billiger im Dutzendpack. Käufer, die nur aufs Geld schauen, greifen deshalb nur dann zu Akkus, wenn für ihr batteriebetriebenes Gerät in überschaubarer Zeit so viele Batterien nötig wären, dass sich der NiMH-Akku plus das aktuell notwendige Ladegerät rechnet. Blitzgeräte, Digitalkameras, mobile Player oder ferngesteuertes Spielzeug sind Kandidaten dafür. Spielen zusätzlich Ressourcenschutz und Umweltaspekte eine Rolle, dann empfehlen sich die Akkus auch dann, wenn ein Batteriewechsel seltener ansteht.
Nickelmetallhydridakkus konnten die Batterien abgesehen vom Preis auch deshalb nicht in großem Umfang ersetzen, weil sie sich selbst entladen. Schon nach wenigen Wochen hat die Zelle mehr als zehn Prozent ihrer Energie verloren, nach einem halben Jahr sogar bis zur Hälfte. Die Selbstentladung ist temperaturabhängig – je wärmer, desto stärker. In der abgedichteten Zelle vorhandener Wasserstoff reagiert mit Anode und Kathode und verringert so die Ladekapazität. Auch die unvermeidlichen Volumenänderungen der Zelle beim Laden und Entladen beschleunigen die Selbstentladung, indem sie zu Veränderungen in den Materialien führen.
Die Selbstentladung schränkt den Einsatz von Akkus schmerzlich ein. In Fernbedienungen zum Beispiel sind NiMH-Zellen nicht sinnvoll, weil der Akku sehr lange Pausen hat. Eine Digitalkamera, die nur alle paar Wochen kurz gebraucht wird, funktioniert vielleicht im entscheidenden Augenblick nicht mehr, weil sich die NiMH-Zellen entladen haben.
Dieses Ärgernis mildern die Hersteller nun endlich mit Zellen ab, die einen Großteil ihrer Kapazität auch noch nach ein bis zwei Jahren behalten. Die rund zehn Anbieter in Deutschland (siehe Tabelle) werben mit einer Restkapazität nach einem Jahr von 70 bis 85 Prozent. Die neuen Akkus sind bereits zu etwa drei Vierteln vorgeladen und damit frisch aus der Packung sofort einsetzbar.
Ladungshaltung
Die Akkutechnik hat sich nicht grundsätzlich geändert, denn auch die Neuen gehören zur Klasse der Metallhydridspeicher. Die bislang eingesetzten Ladegeräte eignen sich auch für die NiMH-Zellen mit reduzierter Selbstentladung. Die negative Elektrode (Anode) besteht aus einem Metallhydrid-Pulver auf einer Lochblende als Trägermaterial. Die positive Elektrode (Kathode) bildet Nickeloxidhydrat-Blech (NiOOH). Ein Separator mit Elektrolyt, zum Beispiel Kalilauge, trennt die Elektroden und dient als Ionenleiter.
Das Metallhydrid an der Anode dient als Wasserstoffspeicher, ein NiMH- Akku ist somit eigentlich ein Wasserstoffakkumulator. Bei Stromentnahme oxidiert der Wasserstoff und reagiert mit der Kalilauge zu Wasser; an der Kathode wird Nickel reduziert. Die freiwerdenden Elektroden fließen über den Verbraucher ab und die Gesamtreaktion führt zu einer Spannung von 1,32 V. Beim Ladevorgang wird Wasser elektrolytisch getrennt und der freiwerdende Wasserstoff im Metallhydrid gespeichert. Die AAA- und AA-Zellen bestehen aus zylindrisch gewickeltem NiMH-Material, umgeben von einer gekapselten Metallhülle.
Den noch aus Nickelcadmium-Zeiten bekannten Memory-Effekt zeigen alte und neue NiMH-Akkus kaum, aber eine von der Anzahl der Ladezyklen stark abhängige Alterung. Die Volumenänderung von 20 Prozent beim Laden und Entladen führt zu mechanischem Stress und verändert die Materialien. Auch Austrocknen der Zelle beschleunigt die Alterung. Etwa fünfhundert bis tausend Ladezyklen spezifizieren die Hersteller, bis die Zelle merklich an Kapazität abnimmt.
Ein in bisherigen Zellen übliches Metallhydrid besteht aus Lanthan und Nickel und wird als AB5 bezeichnet. Mit dieser Legierung wurde die Zelle auf hohe Energiedichten bis etwa 100 Wh/kg getrimmt, zu Lasten der Selbstentladung. Bei den neuen Zellen kommen andere Komponenten für das Metallhydrid, für die Kathode und für den Separator zum Einsatz. Sanyo veränderte die Gitterstruktur des Metallhydrids, indem Magnesium in die Legierung mit hineinkam. Separator und Kathode bestehen aus neu entwickelten Materialien – welche, das verraten weder Sanyo noch einer der anderen Hersteller. Ein Anbieter spricht von Zinkeinlagerungen und Ytterbiumverbindungen in der Anode, möchte aber nicht zitiert werden. Die Kapazität beträgt 2100 mAh für AA-Zellen und damit weniger als bei den stärksten bisherigen NiMH-Zellen. Die neuen AAA-Zellen speichern 800 mAh.
Übrigens hängt die tatsächlich zur Verfügung stehende Kapazität oft von den Metallkontakten zum Ladegerät ab. Meist lädt die Zelle mit konstantem Strom, dabei steigt die Spannung kontinuierlich an und nimmt wegen der temperaturabhängigen Ladereaktion bei nahezu voller Ladung ab. Bei einer negativen Spannungsdifferenz schaltet das Ladegerät ab. Wenn die Zelle nicht die gewohnte oder erhoffte Kapazität bringt, kann das an verschmutzten Kontakten liegen. Ein schlechter Kontakt gaukelt der Elektronik Spannungsdifferenzen vor, wenn sich die Kontaktierung durch die Erwärmung der Akkus ändert. Das Ladegerät schaltet dann ab, obwohl der Akku bei weitem nicht voll ist. Frisch gereinigte Kontakte und Ladegeräte, in denen die Akkus stramm sitzen, machen dann aus einer vermeintlich alten Zelle wieder eine brauchbare.
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Wahlmöglichkeit
Es gibt nur insgesamt drei Hersteller der neuen Zellen. Einer davon ist Sanyo, der die Zellen nur unter der eigene Marke Eneloop vertreibt, sie also nicht weiter lizensiert. Die beiden anderen sind Yuasa und GP. Alle Anbieter wie Panasonic, AccuLoop, Ansmann, Conrad, Hama, UniRoss oder Varta fertigen nicht selbst, sondern beziehen ihre Zellen von diesen beiden Herstellern aus Fernost. Kein Wunder daher, dass sich die Spezifikationen solcher Zellen ähneln (siehe Tabelle). Wer tatsächlich welche Zellen von wem bezieht, darüber schweigen sich die Beteiligten standhaft aus.
Da die meisten Anbieter die gleichen Zellen haben, kann der Käufer den Preis entscheiden lassen und auch auf Sonderangebote achten: Die typischen Preise für vier AA-Zellen liegen zwischen 10 und 12 Euro. Einige Händler verkaufen deutlich teurer, das gilt besonders für Zellen von AccuLoop und Hama. Die Zellen der Wiederverkäufer speichern nach einem Jahr noch 70 bis 80 Prozent ihrer anfänglichen Ladung. Sanyo gibt für Eneloop mit 85 Prozent Ladungserhaltung die höchste Restkapazität an. Die Werte gelten für Raumtemperatur. Ab etwa 40 °C und unter 0 °C nimmt die verfügbare Kapazität stark ab.
Nach wie vor beträgt die Zahl der Ladezyklen 500 bis 1000, bevor der Innenwiderstand merklich ansteigt und die zu entnehmende Ladung abnimmt. Auch liegt die Spannung wie bei den bisherigen Akkuzellen bei 1,2 V und damit unter der von Batterien mit 1,5 V. Trotzdem können Alkalizellen fast immer durch NiMH-Zellen ersetzt werden, denn die Entladungsspannung der Batterie nimmt linear ab – bei 50 % liegt sie bei etwa 1,2 V, Tendenz weiter fallend. Die Spannung der NiMH-Zelle verharrt nach einer anfänglichen kurzen Abnahme auf einem Niveau mit knapp über 1,2 V und liegt nach 50 Prozent Entnahme sogar höher als bei Alkalibatterien.
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Fazit
Die neuen NiMH-Akkus speichern zwar nicht so viel Energie wie die stärksten bisherigen Zellen, sie sind aber verlässlicher und flexibler einsetzbar. Überall dort, wo Geräte nur ab und an eingeschaltet werden und sonst Monate ungenutzt liegen, verbot sich wegen der Selbstentladung der Einsatz herkömmlicher Akkus. Das hat sich mit den NiMH-Akkus geändert und damit eignen sie sich zum Beispiel für die Fernbedienung zu Hause, für den Reisewecker, für die im Auto liegende "Beweiskamera" und auch als Ersatzakkupack unterwegs, der meist unbenutzt in der Tasche liegt.
Bei sicherheitsrelevanten Geräten führt nach wie vor kein Weg an der Batterie vorbei. Für Rauchmelder, die jahrelang unbeobachtet an der Decke hängen, taugen die Neuen nicht, denn auch mit reduzierter Selbstentladung verlieren diese 20 bis 25 Prozent pro Jahr, Sanyo Eneloop gibt 15 Prozent an – ob's stimmt, wissen wir in 12 Monaten. (jr)
