Ein Zehntel Ladezeit = zehnfacher Strom

Benutzer niknuk schrieb:


Davon las ich im Artikel nichts. Es ist die neue Akku-Technologie (Beschreibung siehe Artikel), die die Erhöhung der Kapazität und die Beschleunigung des Ladevorgangs erreicht und kein Ladegerät.

Bei einer Verzehnfachung der Kapazität halte ich auch den Abbau um 50% nach 150 Ladezyklen für weniger dramatisch. Wenn man z.B. ein Smartphone statt, wie heute, nach 1-2 Tagen erst nach 10-20 Tagen wieder aufladen müsste, so reichen selbst 150 Ladezyklen für viele Jahre aus und da ein Akku im Schnitt alle 2 Jahre entsorgt wird (neues Handy) sollte das kein Drama sein.

Wichtig ist, dass eine neue Akku-Generation möglichst schnell auf den Markt kommt, denn die Technik der Smartphones entwickelt sich rasant und die Akkus können da schon lange nicht mehr mithalten.

PS: Was macht eigentlich die Brennstoffzelle? Klingt in der Theorie doch vielversprechend.

Benutzer sushiverweigerer schrieb:


Nö, das stand auch nicht im Artikel. Es steht aber im Energieerhaltungssatz. Den kennt man, wenn man in Physik ein bisschen aufgepasst hat.

Eine Verkürzung der Ladedauer bei gegebener Kapazität erfordert eine Erhöhung der Ladeleistung. Bei gleichbleibender Spannung muss dazu der Strom erhöht werden.

Soll die Ladezeit bei größerer Kapazität zumindest gleich bleiben, muss ebenfalls die Ladeleistung erhöht werden. Die Konsequenzen sind die gleichen wie oben.

Es gibt keinen Akku, der 5 Wh abgeben kann, nachdem man ihn mit nur 0,5 Wh aufgeladen hat, und es wird auch nie einen geben (5 Wh sind ungefähr die Energiemenge, die ein handelsüblicher Smartphone-Akku speichern kann).

Gruß

niknuk

Benutzer niknuk schrieb:


Schon bei ganz normalen Mignon-Akkus heisst es doch immer, dass man (wenn möglich) auf Schnell-Ladung verzichten soll, weil dies dem Akku schade.
Gilt das noch oder traf das nur auf NiCD-/NiMH-Akkus zu?

Wie ist das dann bei Handyakkus? Die sind ja deutlich schneller geladen, als die Mignon-Akkus, die bei Normalladung 8-14 Stunden brauchen.

Benutzer koelli schrieb:


Modernen NiMH-Akkus macht (moderate) Schnellladung (1,5-3 Std.) nichts aus, da sind lange Lagerphasen mit Tiefentladung viel, viel schlimmer.


Mein ältestes Handy ist jetzt ca. 6,5 Jahre alt (Nokia 6020), das lag leider gut 1 Jahr ungenutzt in der Ecke, dadurch ist der Akku (durch Tiefentladung) völlig hinüber. In den 5,5 Jahren zuvor habe ich es regelmäßig als Zweithandy genutzt und auch immer sofort aufgeladen, wenn der Akku leer war und konnte nie Probleme mit der Kapazität bemerken.

Ich behaupte mal, dass ein Akku, der pfleglich behandelt wird, regelmäßig geladen wird und bei dem vor allem Tiefentladung vermieden wird über Jahre problemlos seinen Dienst verrichtet, ohne spürbar abzubauen.

Benutzer koelli schrieb:


Es gilt eigentlich für alle Akkus, dass sie unter übertriebener Schnellladung leiden. Je mehr Strom fließt, desto mehr Verluste treten am Innenwiderstand des Akkus auf, und desto wärmer werden die Akkus. Temperaturen über der normalen Betriebstemperatur sind aber für die meisten Akkus purer Stress und verkürzen die Lebenszeit.

Ebenso verlangt die schnellere Ladung nach (etwas) höheren Ladespannungen, so dass parasitäre, unerwünschte chemische Reaktionen verstärkt ablaufen können. Bei Li-Ion-Akkus ist das beim Laden insbesondere die Oxidation von Sauerstoff an der positiven Elektrode, mit der Folge, dass Sauerstoffgas aus dem Akku austritt. Die bei der Sauerstoff-Oxidation verlorenen Elektronen können vom Akku beim Entladen nicht wieder abgegeben werden, mit der Folge, dass Lithium-Ionen nicht von der negativen Elektrode zur positiven zurückkönnen. Die den ausgasenden Sauerstoff entsprechende Kapazität ist dann dauerhaft verloren!

Ebenso geraten Li-Ion-Akkus unter mechanischen Stress, je mehr Lithium-Ionen zwischen den beiden Elektroden hin- und herbewegt werden. 10 Zyklen, die jeweils nur 10% der Maximalladung entladen und dann wieder laden, erzeugen weniger Stress als 1 Zyklus mit 100% der Maximalladung.

Die entsprechenden Empfehlungen lauten daher für Li-Ion-Akkus zur Verlängerung der Lebensdauer:
* Mit möglichst geringer Spannung laden. Senkt man diese z.B. von 4,2 auf 4,1 Volt ab, hat man zwar nur noch ca. 90% der normalen Kapazität, aber bei der Benutzung einen viel geringeren Kapazitätsschwund, so dass der mit 4,1 Volt Ladespannung betriebene Li-Ion-Akku nach einiger Zeit möglicherweise sogar MEHR Restkapazität hat als der mit 4,2 Volt betriebene! Leider lässt sich bei den meisten Consumer-Geräten die Ladespannung der Akkus nicht einstellen. Es gibt aber den Trick, das Ladekabel schon vorzeitig, nach Erreichen von ca. 80% Ladung, abzuziehen.
* Frühzeitig wieder aufladen. Li-Ion-Akkus haben keinen Memory-Effekt!
* Bei normaler Betriebstemperatur (20 °C) laden. Etwas kälter ist weniger schlimm als etwas wärmer.

Zum Glück hat sich in den letzten Jahren die Haltbarkeit normaler Li-Ion-Consumer-Zellen stark verbessert. Waren früher bei den Akkus schon nach einmal warm werden wieder 5% Kapazität weg, halten die heute einige hundert Vollzyklen und etliche tausend Teilzyklen durch.


Kai

Benutzer Kai Petzke schrieb:

Und die heute übliche Ladezeit von etwas über zwei Stunden bei Handyakkus ist nicht schädlich?
Dürfte doch auch eine Schnell-Ladung sein, wenn man an die früher üblichen 14 Stunden bei Mignonakkus zurückdenkt.

Selbst mein 5 Jahre altes Handy brauchte noch 5 Stunden zum Laden und das iPhone heute nur noch die halbe Zeit.


Sehr interessant!


Und ich dachte immer, dadurch gerät die Ladeelektronik durcheinander.
Denn beim Schnurlostelefon steht z.B. in der Anleitung, die Kapazitätsanzeige funktioniere nur dann richtig, wenn man den Akku erstmals komplett lade und wieder komplett entlade und das von Zeit zu Zeit wiederhole.


Wobei bei den uralten Nickel-Cadmium-Akkus immer mit bis zu 1000 Ladevorgängen geworben wurde.
Aber dafür hatten die ja auch nen Memoryeffekt.

Benutzer koelli schrieb:

>

Mignonakkus (egal ob NiCd oder NiMH) haben eine vollkommen andere Ladetechnik als Li-Ion: NiCd/NiMH-Akkus werden gezielt überladen, in der Standardladung (14 Stunden mit C/10) sogar um 40%! Diese Überladung erzeugt freien Wasserstoff und Sauerstoff, die dann an Katalysatoren im versiegelten Akku rekombinieren. Dabei entsteht viel Wärme. NiMH wesentlich schneller zu laden, heißt nun, dass die Zellen noch heißer werden, was denen nicht sonderlich gut tut. Moderne Ladeelektroniken reduzieren allerdings den "Überladefaktor" etwas und schaffen so NiMH in ca. drei Stunden ohne allzu viel Stress für die Zellen.

Bleiakkus haben ähnliche Effekte, auch wenn hier die Überladung bei einem normalen Ladezyklus m.W. geringer ist (ca. 10%).

Li-Ion-Akkus haben organische Substanzen, nicht Wasser, als Elektrolyten. Dieser lässt sich deswegen nicht elektrolysieren, folglich braucht ein Li-Ion-Akku auch nicht überladen zu werden, um ihn wirklich voll zu kriegen. 99,9% des Stroms, der beim Laden reinfließt, kommt beim Entladen auch wieder raus; nur geringe Teile gehen in parasitäre chemische Reaktionen (wobei der Teil, der in parasitäre Reaktionen geht, dann auch unumkehrbar ist, also dauerhaft Kapazität vernichtet. Deswegen darf ein Li-Ion-Akku auch auf keinen Fall überladen werden!).

Lade-Entlade-Verluste treten beim Li-Ion-Akku somit praktisch nur am Innenwiderstand auf: Der steht beim Laden wie beim Entladen dem Stromfluss entgegen. Je kleiner der Widerstand, desto mehr Strom kann der Li-Ion-Akku liefern (oder beim Laden aufnehmen), ohne, dass er merklich warm wird oder sonst über Gebühr belastet wird. Für gewöhnliche Handy-Akkus macht es in der Folge kaum Unterschied, ob diese in 2 oder 20 Stunden aufgeladen werden.

Moderne, auf hohe Leistungsdichte (beim Laden wie Entladen) optimierte Akkkus schaffen sogar zig-tausend Zyklen mit noch kürzeren Ladezeiten: Toshiba hat ihre ScIB genannten Zellen wie folgt malträtiert: Vollladen binnen 10 Minuten, dann Entladen binnen 20 Minuten, dann wieder vollladen binnen 10 Minuten usw. usf. Nach 6000 Zyklen waren noch 82 Prozent der Kapazität verfügbar:
http://www.toshiba.com/ind/data/tag_files/SCiB_Brochure_5383.pdf

Die Zellen haben allerdings Titan (und nicht Cobalt oder Mangan) als Übergangsmetall-Ion an der positiven Elektrode. Dadurch ist die Betriebsspannung geringer und das im letzten Post genannte Sauerstoffproblem ist sehr viel geringer. Ist dann noch die negative Elektrode ausreichend dimensioniert, so dass sich dort definitiv kein Lithium-Metall abscheidet (sondern alles Lithium im Graphit interkaliert wird), dann kann man eigentlich sogar "unendlich" viele Zyklen fahren.


Auch vor 5 Jahren war es bei Li-Ion-Akkus eher eine Frage des Netzteils als eine des Akkus, wie lange der Akku zum Laden braucht. Steckernetzteile mit konventionell gewickelten Trafo mit 1A kosten halt mehr als solche mit 0,5 A.


Die Ladeelektronik aller Li-Ion-Akkus arbeitet nach dem Prinzip, sowohl den maximalen Ladestrom als auch - wichtiger - die maximale Ladespannung zu begrenzen. Die wird durch teilgeladene Akkus nicht durcheinander gebracht. Ebenso haben Li-Ion-Akkus keinen Memory-Effekt.


Beachte "von Zeit zu Zeit": Die Kapazitätsanzeige ist nicht die Ladeelektronik! In der Tat kann die Kapazitätsanzeige nur dann richtig funktionieren, wenn sie weiß, wie viel Strom zwischen "ganz voll" und "ganz leer" aus dem Akku entnommen werden kann (oder umgekehrt beim Laden wieder eingefüllt werden kann, wobei letzteres nur bei Li-Ion-Akkus relevant ist, da NiCd/NiMH/Blei ja regelmäßig überladen wird, siehe oben). Da sich durch Alterung des Akkus die Kapazität ändert, braucht die Kapazitätsanzeige also ab und zu einen solchen Vollzyklus, um sich zu eichen. Aber eben nur ab und zu. Alle paar Monate reicht.


Beachte "bis zu". Aktuelle NiMH-Zellen werden meist mit "bis zu 750 Zyklen" oder ähnlich beworben. Wobei sie bei gleicher Größe die mehr als vierfache Kapazität (typisch 2000 bis 2500 mAh) haben wie die alten NiCd-Zellen (500 mAh). Also in den 750 Zyklen über dreimal mehr Energie speichern als die alten Akkus in 1000 Zyklen.


Kai

Benutzer Kai Petzke schrieb:

Erst mal vielen Dank für die sehr ausführliche und hilfreiche Erläuterung!

Bei meinem Schnurlostelefon (NiMH-Akku) ist es mitlerweile so, dass die Kapazitätsanzeige auch dann nicht mehr stimmt, wenn ich das Telefon komplett entleert und wieder geladen habe:
Die Anzeige zeigt noch zwei von drei Balken an, aber wenn ich telefonieren will, schaltet sich das Telefon aus, weil der Akku leer ist oder die Elektronik meint, er sei leer.
Das wundert mich, weil beim Handy kann man ja auch noch mit 1% Ladekapazität kurz Telefonieren.

Benutzer koelli schrieb:


Das ist ein typischer Fall einer fehlerhaft programmierten Kapazitätsanzeige, die mit alten Akkus nicht klarkommt. Das ist nicht gerade selten.


Wahrscheinlich spielt bei Ihrem DECT-Telefon ein weiterer Effekt eine Rolle: Der erhöhte Innenwiderstand gealterter Akkus. Denn es nimmt mit der Alterung nicht nur die Kapazität ab, sondern auch der Innenwiderstand zu. Letzteres bewirkt, dass weniger Strom geliefert werden kann, auch, wenn noch "Strom im Akku steckt". Benötigt ein Gerät dann mehr Strom als der Akku noch kann (ein DECT-Telefon etwa für die Sendeimpulse, eine Digitalkamera zum Laden des Blitzes oder für den Zoom-Motor), bricht die Spannung ein und das Gerät schaltet ab. Kurz danach erholt sich der Akku wieder, die Spannung steigt und das Gerät schaltet sich wieder ein.

Mit alten nicht wiederaufladbaren Batterien, deren Innenwiderstand noch höher ist, lässt sich das oft noch besser beobachten: Fast leere, lange gelagerte Batterie in eine Taschenlampe einlegen und diese einschalten: Eine Sekunde ist sie hell, dann wird sie schnell dunkler und glimmt am Ende noch ein bisschen. Ausschalten, 5 Minuten warten, wieder einschalten -> der nächste Lichtblitz. Es ist also durchaus noch Strom in der Batterie, doch selbst für den dauerhaften Betrieb einer Taschenlampe kann dieser nicht mehr schnell genug entnommen werden.


Kai

... danke dafür.

Benutzer niknuk schrieb:


Das ist wohl das kleinste Problem.
Sollte es wirklich solche Akkus geben und können die dann auch tatsächlich problemlos so schnell geladen werden, dann wird es entsprechende Ladegeräte geben.
Dazu braucht man noch nicht einmal zwangsläufig neue Stecker.

Man könnte etwa MicroUSB nehmen und dann eine neue Generation von Ladegeräten. Das Ladegerät liefert dabei etwa 5 V und baut eine USB-Verbindung zum Handy auf. Darüber würde das Handy dann dem Ladegerät mitteilen, dass es viel Leistung benötigt und das Ladergerät schaltet dann um auf 24 V. Damit ließen sich dann bei den üblichen 0,5A schon 12 W übertragen - das reicht für jeden Smartphone Akku. So ein Ladegerät würde dann vielleicht 1-2 EUR mehr kosten, was bei einem Smartphone tragbar ist.

Außerdem würde eine Verzehnfachung der Akkukapazität ja nicht zwangsläufig bedeuten, dass in üblichen Smartphones dann 15 Ah Akkus stecken. Im Gegenteil würde das dann sicherlich eher zu einer Miniatusierung führen. Also kleinere (flachere) Geräte mit kleinere Akkus. Für die Mehrzahl der Käufer ist ein flaches Gerät mit 3-4 Tagen Laufzeit sicherlich attraktiver als eines im heutigen Format mit >10 Tagen Laufzeit

Benutzer jos schrieb:

Die Ladegeräte sind in der Tat kein Problem. Derzeit werden Smartphone-Akkus mit ca. 5 V * 0,5 A = 2,5 W geladen. Die zehnfache Leistung läge also bei 25 Watt. Das ist ungefähr die Leistung, die auch manche gut ausgestatteten Router aufnehmen. Das Ladegerät würde also ungefähr so aussehen wie ein Router-Netzteil.


Es müsste auf 50 Volt umschalten, damit bei gleichbleibendem Strom die zehnfache Leistung übertragen wird. Diese 50 Volt müssten dann im Handy wieder auf die 3,6 Volt gewandelt werden, mit denen der Akku geladen werden will, und zwar möglichst verlustarm. Ich glaube kaum, dass man einen derartigen Aufwand betreiben wird. Davon abgesehen weiß ich auch nicht, ob es sinnvoll ist, eine standardisierte Schnittstelle (USB) außerhalb ihrer Spezifikation zu betreiben.


Natürlich reicht das. Allerdings reicht es nicht, um die Ladezeit auf ein Zehntel zu verkürzen. Allenfalls ein Fünftel sind drin.

Gruß

niknuk

Benutzer base station schrieb:

Heutige Steckernetzteile haben doch praktisch keinen Eigenverbrauch mehr: Sobald das Handy voll ist oder man es abzieht, wird das Netzteil kalt und verbraucht unter 1 Watt.

Das war früher, bei den Netzteilen mit Metallkern, noch anders. Da war das Netzteil immer warm und verbrauchte auch ohne angeschlossenem Verbraucher noch was.

Was mich allerdings wundert: Bei den heutigen LED-Lichterketten geht man plötzlich wieder einen Schritt zurück und liefert statt elektronischen Netzteilen offenbar wieder Trafos mit Metallkern mit!
Jedenfalls sind Netzteile bei LED-Lampen immer schwer vom Gewicht her.
Warum wird das gemacht? Kommen elektronische Tarfos mit dem niedrigen Verbrauch der LED´s nicht zurecht?

Also, wenn man den Artikel richtig liest soll ja bei zehnfacher Kapazität GLEICHZEITIG nur 1/10 der jetzigen Ladezeit nötig sein. Das hieße dann ja 5A bei 50V. Respekt! Dann werden Handys demnächst also mit 250W Netzteilen ausgeliefert!? Wie unpraktisch.

Ich persönlich würde bei 10-Facher Kapazität aber durchaus auch eine Ladezeit von 3-4 Stunden akzeptieren. Ist ja nur einmal die Woche.