Akkumulatoren - Umweltschutz Innovation in die Zukunft

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Energie
Akkumulatoren
Welche Typen von Akkumulatoren gibt es?
(Herausgabe: 09/2014)
- Nickel-Eisen (NiFe)
(Herausgabe: 09/2014)
- Nickel-Zink (NiZn)
(Herausgabe: 09/2014)
- Blei (Pb)
(Herausgabe: 09/2014)
(Herausgabe: 09/2014)
- Lithium-Ion (LI-Ion)
(Herausgabe: 09/2014)
- Lithium-Ion-Polymer (Li-Ion-Poly)
(Herausgabe: 09/2014)
(Herausgabe: 09/2014)
(Herausgabe: 09/2014)
(Herausgabe: 09/2014)
(Herausgabe: 04/2019)

- Zink-Luft (ZnO)

- Redox-Flow (RFB)
(Herausgabe: 05/2015)
(Herausgabe: 09/2014)
(Herausgabe: 05/2015)
Nickel-Cadmium Akku
nominelle Zellspannung 1,2 V
Entladeschlussspannung 0,9 V
Ladeschlussspannung 1,8 V
Energiedichte 70 Wh/kg
Ladezyklen ca. 500

NiCd Vorteile:
- höhere Toleranz bei Tiefentladung oder Überladung
  gegenüber Nickel Metallhydrid Akku.
- gute Einsatzfähigkeit bei tiefen Umgebungstemperaturen
NiCd Nachteile:
- niedrige Energiedichte
- hoher Memory-Effekt (Selbstentladung,
  ca. 15 - 20% pro Monat)
Nickel-Eisen Akku
nominelle Zellspannung  1,3 V
Entladeschlussspannung  0,5 V
Ladeschlussspannung  1,6 V
Energiedichte  50 Wh/kg
Ladezyklen ca. 1.200

NiFe Vorteile:
- lange Lebensdauer (> 25 Jahre)
- unempfindlich gegen Überladung/Tiefentladung
- keine Knallgasbildung
- große Kapazitäten im Handel erhältlich (1000 Ah)
- niedrige Wartungskosten
NiFe Nachteile:
- geringe Energiedichte
- sehr schlechtes Preis/Leistungsverhältnis
- sehr schlechte Leistungsabgabe bei niedrigen
  Umgebungstemperaturen < -10°C
- hoher Memory-Effekt (Selbstentladung,
  ca. 10 - 40% pro Monat)
Nickel Zink Akku
nominelle Zellspannung  1,6 V
Entladeschlussspannung  1,2 V
Ladeschlussspannung   1,9 V
Energiedichte  70 Wh/kg
Ladezyklen ca. 300

NiZn Vorteile:
- hohe nominelle Zellenspannung
- geringe Selbstentladung
- hohe Leistungsabgabe bei niedrigen Umgebungstemperaturen
- kurzzeitig höhere Lade- und Entladeströme möglich
NiZn Nachteile:
- kann nicht mit NiCd oder NiMH Ladegeräte geladen werden
- geringe Ladezyklen
- schlechtes Preis/Leistungsverhältnis
Bleiakku
nominelle Zellspannung 2,0 V
Entladeschlussspannung 1,8 V
Ladeschlussspannung 2,4 V
Energiedichte 40 Wh/kg
Ladezyklen ca. 300
Pb Vorteile:
- kurzzeitig hohe Entladeströme möglich
- gutes Preis/Leistungsverhältnis
- geringer Memory-Effekt (Selbstentladung)
Pb Nachteile:
- geringe Energiedichte
- geringe Lebensdauer von bis zu 4 Jahren
- Zerstörung der Zellen bie Tiefentladung
- durch das Blei ist der Akku relativ schwer
- schlechte Leistungsabgabe bei niedrigen
  Umgebungstemperaturen
- hoher Memory-Effekt (Selbstentladung, ca. 30% pro Monat)
Nickel Metallhydrid Akku
nominelle Zellspannung 1,2 V
Entladeschlussspannung 0,9 V
Ladeschlussspannung 1,8 V
Energiedichte 90 Wh/kg
Ladezyklen ca. 500
NiMH Vorteile:
- hochstromfähig
NiMH Nachteile:
- hoher Memory-Effekt (Selbstentladung,
  ca. 15 - 100% pro Monat)
- schlechte Leistungsabgabe bei niedrigen
  Umgebungstemperaturen
Lithium Ion Akku
nominelle Zellspannung 3,7 V
Entladeschlussspannung 3,0 V
Ladeschlussspannung 4,2 V
Energiedichte 160 Wh/kg
Ladezyklen ca. 500

LI-Ion Vorteile:
- sehr geringer Memory-Effekt (Selbstentladun < 1% pro Jahr)
- hohe Energiedichte
- keine Wartung
LI-Ion Nachteile:
- Batterie Management System nortwendig (BMS)
- Zerstörung der Zellen bei Tief- und Überladung
- sehr schlechte Leistungsabgabe bei niedrigen < +5°C oder
  hohen > +35°C Umgebungstemperaturen
- hohe Anschaffungskosten (€/kWh)
Lithium-Ion-Polymer
nominelle Zellspannung  3,7V
Entladeschlussspannung  3 V
Ladeschlussspannung  4,2 V
Energiedichte 180 Wh/kg
Ladezyklen ca. 600
Li-Ion-Poly Vorteile:
- geringes Gewicht
- gutes Preis/Leistungsverhältnis
- kleineres Risiko gegen auslaufende Elektrolyte
- geringer Memory-Effekt (Selbstentladun < 5% pro Monat)
- schnellladefähig
Li-Ion-Poly Nachteile:
- empfindlich bei Tief- und Überladung
- defekter Akku kann Brand auslösen (z.B. hohe Entladestöme)
- sehr schlechte Leistungsabgabe bei niedrigen < 0°C oder
  hohen > +60°C Umgebungstemperaturen
Lithium-Mangan
nominelle Zellspannung  3,7 V
Entladeschlussspannung  2,8 V
Ladeschlussspannung  4,2 V
Energiedichte 120 Wh/kg
Ladezyklen ca. 500
LiMA Vorteile:
- hochstromfest
- geringes Gewicht als LiFePO4
- kleine Brand- und Explosionsgefahr bei defekt
- geringer Memory-Effekt (Selbstentladun 1 - 2% pro Jahr)
- schnellladefähig
LiMA Nachteile:
- hohe Anschaffungskosten (€/kWh)
- geringer Energiedichte als bei Lithium-Ion Akku
- niedrigere Ladezyklen als bei Lithium-Ion Akku
- Batterie Management System nortwendig (BMS)
- sehr schlechte Leistungsabgabe bei niedrigen < +5°C oder
  hohen > +35°C Umgebungstemperaturen
Lithium-Eisen-Phosphat
nominelle Zellspannung 3,2 V
Entladeschlussspannung 2,5 V
Ladeschlussspannung 3,6 V
Energiedichte 90 Wh/kg
Ladezyklen ca. 2.000
LiFePO4 Vorteile:
- sehr dünne Bauform möglich
- geringes Gewicht
- kleineres Risiko gegen auslaufende Elektrolyte
- geringer Memory-Effekt (Selbstentladun 1 - 2% pro Jahr)
- weiter Umgebungstemperaturbereich bei Ladung und Betrieb
  (-15°C bis +60°C)
- schnellladefähig
LiFePO4 Nachteile:
- geringer Energiedichte als bei Lithium-Ion Akku
- niedrigere Ladezyklen als bei Lithium-Ion Akku
- Batterie Management System nortwendig (BMS)
- sehr schlechte Leistungsabgabe bei niedrigen < +5°C oder
  hohen > +35°C Umgebungstemperaturen
Lithium-Eisen-Yttrium-Phosphat
nominelle Zellspannung  3,2 V
Entladeschlussspannung 2,5 V
Ladeschlussspannung  4,2 V
Energiedichte  96 Wh/kg
Ladezyklen ca. 3.000
LiFeYPO4 Vorteile:
- sehr geringer Memory-Effekt (Selbstentladun 1% pro Jahr)
- geringes Gewicht
- schnellladefähig
LiFeYPO4 Nachteile:
- sehr hohe Anschaffungskosten (€/kWh)
- Batterie Management System nortwendig (BMS)
- Zerstörung der Zellen bei Tief- und Überladung
Vanadium-Redox-Flow
nominelle Zellspannung  1,0 - 2,2 V
Energiedichte  15 - 25 Wh/kg (Vanadium-Bromid-Redox-Flow 25 - 50 Wh/kg)
Ladezyklen ca. 10.000

RFB Vorteile:
- kein Memory-Effekt
- Energie und Leistung sind unabhängig voneinander skalierbar
- lange Lebensdauer > 15 Jahren
- Wirkungsgrad > 80%
- keine Brandgefahr
RFB Nachteile:
- sehr hohe Anschaffungskosten (€/kWh)
- niedrige Energiedichte
- wenige Hersteller
- erschwerte Montage & Aufstellung
Natrium-Schwefel
nominelle Zellspannung  2,1 V
Entladeschlussspannung 1,5 V
Ladeschlussspannung  ?
Energiedichte  100 - 120 Wh/kg
Ladezyklen ?

NaSA Vorteile:
- sehr geringe Reaktionszeit wenn auf Betriebstemperatur
- energetischer Wirkungsgrad 75 - 85 Prozent
- Lebensdauer mehr als 15 Jahre
NaSA Nachteile:
- hohe Betriebstempertur (300 - 350°C)
- niedrige Energiedichte
- hochkorrosive Natriumpolysulfide
- hohe Anschaffungskosten (€/kWh)
Sodium-Nickel-Chloride
Zink-Luft
Kolibri Alpha Polymer
nominelle Zellspannung  80 V
Entladeschlussspannung 72 V
Ladeschlussspannung  88 V
Energiedichte  200 Wh/kg
Ladezyklen ca. 5.000 (auch bei 1% Mikrozyklen)

Vorteile:
- sehr geringer Memory-Effekt (Selbstentladun <4% pro Jahr)
- weiter Umgebungstemperaturbereich bei Ladung und Betrieb
  (-20°C bis +60°C)
- Luftfeuchtigkeit von bis zu 90% (nicht kondensierend)
- unempfindlich gegen Tiefentladung 97% der Nennkapazität
  steht zur Entladung
- Brand- und Explosionsfrei (hohe Leistungsdaten, bei
  exremem Klima und Luftdruck etc.)
- geringes Gewicht
- schnellladefähig
- wartungsfrei
- voll recyclingfähig
Nachteile:
- sehr hohe Anschaffungskosten (€/kWh)
Natrium-Ionen
nominelle Zellspannung  48 V
Entladeschlussspannung 30 V
Ladeschlussspannung  abhängig von Temperatur und Strom
Energiedichte  ? Wh/kg
Ladezyklen > 3.000

Vorteile:
- geringe Anschaffungskosten (€/kWh)
- geringer Memory-Effekt (nach 3.000 Zyklen ca. 20%)
- Brand- und Explosionsfrei
- nicht korrosiv
- wartungsfrei
- keine gefährlichen oder giftigen Stoffe enthalten
- Entladetiefe 100%
- Wirkungsgrad > 85%
- es wird kein aktives Batteriemanagementsystem benötigt
Nachteile:
- es gibt noch wenig Erfahrungswerte (kommerzieller
  Start 2014)
- Umgebungstemperaturbereich (-5°C bis + 40°C)
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