Die Akku-Basics

Jeder Akkumulator setzt sich aus einer positiven und einer negativen Elektrode zusammen. Die Elektroden werden in eine Elektrolytlösung als galvanisches Element eingebettet. Je nach Zusammensetzung des Akkus kann der Elektrolyt flüssig, gelartig oder sogar fest sein. Der Elektrolyt dient als Speichermedium für die Energie. Beim Aufladen des Akkus wird die elektrische Energie in chemische Energie umgewandelt. Sobald Sie ein Gerät anschließen, das den Strom verbraucht, kehrt sich der Prozess um: Aus der chemischen Energie wird wieder elektrische. Der Wirkungsgrad, die Energiedichte und die Nennspannung eines Akkus sind dabei immer abhängig von den verschiedenen verwendeten Materialien. 

Die Akku-Technologie im Überblick

Die früher weitverbreiteten Nickel-Metallhydrid-Akkus sind bis heute in Bezug auf die Leistungsfähigkeit ungeschlagen. Allerdings neigen Akkus mit dieser Technologie zu Überhitzung und Über- oder Tiefentladung. Seit dem Jahr 2009 dürfen Akkus auf Kadmium-Basis nur noch sehr eingeschränkt eingesetzt werden. Ihre Verwendung ist wegen des giftigen Kadmiums begrenzt auf medizinische Geräte, lose Elektrowerkzeuge, Notbeleuchtungen sowie Alarm- und Notsysteme. Außerdem neigen Nickel-Kadmium-Akkus zum gefürchteten Memory-Effekt.

Aktuell arbeiten in Smartphones, Tablets und anderen Geräten, die Kleinakkus benötigen, in erster Linie Lithium-Ionen- und Lithium-Polymer-Akkus. Lithium-Polymer ist eine Weiterentwicklung der Lithium-Ionen-Technologie. Bei beiden Varianten bestehen die positive Elektrode aus einem Lithium-Metalloxid und die negative Elektrode aus Grafit. Allerdings ist der Elektrolyt im Lithium-Ionen-Akku flüssig. Bei der Lithium-Polymer-Technologie dagegen ist es gelartig bis fest. Das erlaubt die Fertigung von Lithium-Polymer-Akkus in den unterschiedlichsten Bauformen. Die Akkus können ideal an das Gerät und den bauartbedingten Raum angepasst werden. Nachteil der vergleichsweise jungen Technologie ist die höhere Empfindlichkeit der Akkus gegen Temperaturschwankungen. 

Ladekabel werden überflüssig

Ein neuer Trend, der sich noch viel weiter ausbreiten wird, ist das kabellose Laden von Akkus. Das Ladekabel, das über ein Ladegerät mit der Steckdose oder direkt mit dem PC verbunden wird, wird immer häufiger unnötig. Mittlerweile können viele aktuelle Smartphones bereits kabellos aufgeladen werden, andere Modelle können über eine spezielle Hülle ohne Kabel laden. Auf dem derzeitigen Markt streiten zwei Techniken um die Vorherrschaft: Qi und Rezenze. Als Basis für den Ladevorgang setzt Qi auf elektromagnetische Induktion. Die Technologie von Qi ist bereits in großem Umfang erhältlich. So rüstet beispielsweise der schwedische Möbelgigant IKEA Teile seiner Kollektion mit Qi aus und bietet Ladeschalen für Smartphones an. Rezenze baut im Gegensatz dazu auf Magnetresonanz. Beiden Techniken ist gemein, dass ein Sender im Ladegerät und ein Empfänger im Endgerät vorhanden sein müssen. Eine Transmitterspule im Ladegerät sorgt für ein Magnetfeld, das in der Empfängerspule zu einem Spannungsanstieg führt. Diese Spannung lädt den Akku auf. 

Qi oder Rezenze?

Damit die Technik von Qi funktioniert, müssen der Sender und der Empfänger direkt übereinander liegen. Aktuell schafft Qi eine Leistung von 5 Watt, die Hersteller peilen eine Steigerung auf maximal 15 Watt an. Die Technologie von Rezenze dagegen funktioniert selbst dann, wenn Sender und Empfänger in einiger Entfernung liegen. Selbst Metall stört die Energieübertragung nicht. In Zukunft soll das gleichzeitige Laden verschiedener Geräte möglich sein, da die Energie über einen Charger mittels Bluetooth verschiedene Geräte erkennen und die Leistung entsprechend anpassen können soll. Die Technik von Rezenze lässt sich leichter in Möbel oder Räume integrieren. Zusätzlich soll Rezenze in der endgültigen Variante bis zu 50 Watt liefern. Damit könnte ein Notebook komfortabel kabellos geladen werden. 

Brennstoffzellen für den Energiekick unterwegs

Eine weitere Akku-Technologie, die in Zukunft eine hohe Akzeptanz erwarten lässt, sind Brennstoffzellen für das Laden unterwegs. Eine Brennstoffzelle ist eine galvanische Zelle, in der die chemische Energie aus der Reaktion eines Brennstoffs und eines Oxidationsmittels in elektrische Energie umgewandelt wird. Aktuell sind bereits Brennstoffzellen für die Hosentasche erhältlich, mit denen Smartphones und Tablets unterwegs geladen werden können. In der Regel benötigen die Anwender eine Kartusche mit Brennstoff und ein wenig Wasser. In den Kartuschen sind zwei verschiedene Salze enthalten, das Wasser setzt die chemische Reaktion in Gang. Die derzeit erhältlichen Varianten reichen aus, um ein Smartphone zu mindestens 50 % zu laden. Die benutzte Kartusche kann einfach über den Restmüll entsorgt werden, ansonsten entsteht bei der Katalyse nur harmloser Wasserdampf. 

Fazit
Die Akku-Technologien der Zukunft, insbesondere Brennstoffzellen und neue Akku-Rohstoffe, werden für einen revolutionären Innovationsschub sorgen.