Typischer Akku für ein digitales Gerät

Kleine Weltgeschichte der Akkus

Jeder elektrotechnisch gebildete Mensch zuckt schon bei der Überschrift ein bisschen zusammen. Aber wie halten es mit Lehrer Bömmel und sagen: Watt issen Akku? Da stelle mer uns janz dumm. Und beginnen einfach mit dem, was Akkus können: Sie speichern elektrischen Strom, geben ihn wieder ab und können aufgeladen werden. Damit unterscheiden sie sich schon einmal von dem, was landläufig “Batterie” genannt wird. Die wesentliche Funktion von Akkus und Batterien ist es, Geräte mit Strom zu versorgen, die nicht an einer Steckdose angeschlossen werden können – heutzutage in erster Linie mobile Devices.

Von der Telegraphie zur Autobatterie

Die Karriere von Akkumulatoren – wie sie korrekt heißen – begann im Zusammenhang mit der elektrischen Telegrafie. Denn die wurde erfunden und im großen Stil angewendet, bevor es überhaupt Stromnetze gab. Ja, die erste rasante Entwicklung dieser Technologie verlief zwischen 1803 und etwa 1860 rasant. Den ersten Akku, der wiederaufladbar war, bastelte ein gewisser Johann Wilhelm Ritter, der im Hauptberuf Philosoph war. Mit dem Bleiakku, den der Niederrheiner Wilhelm Josef Sinsteden 1854 erdachte und baute, wurden die Dinger alltäglich nutzbar.

Das Wirkprinzip - hier am Beispiel eines NiCd-Akkus
Das Wirkprinzip – hier am Beispiel eines NiCd-Akkus
Die Batterie als galvanisches Element dümpelte dagegen vor sich hin und wurde erst Ende des 19. Jahrhunderts parallel zur Erfindung der Stablampe zum allgemein bekannten Gegenstand. Tatsächlich hatten die Batterien schon damals den Vorteil, mehr Energie auf kleinem Raum speichern zu können als Akkus – ein Umstand, der sich wiederum bis weit in die Zeit nach dem zweiten Weltkrieg hielt. Der ganz große Bedarf nach mobilen Stromquellen wurde mit der Entwicklung mobiler elektronischer Geräte dringend. Die berühmten Taschenrechner der Siebzigerjahre liefen noch mit stinknormalen AA-Zellen.

Akkus statt Batterien

Und weil kleine leistungsfähige Akkus auch um 1980 herum rar und teuer waren, entschied der geniale Sir Clive Sinclair, dass sein für die damalige Zeit ungeheuer innovative Z88 – der Vorläufer unserer Tabletcomputer – mit ganz normalen Batterien ausgerüstet wurde. Da waren die Hersteller von Portables und Laptops bereits auf einem anderen Trip – zum Beispiel Epson mit dem HX-20, der vom Taschenrechner abstammte, ein vollwertiger Computer war und abseits der Steckdose mit einem Akku betrieben wurde, der unter optimalen Bedingungen (ohne Nutzung des eigebauten Druckers zum Beispiel) Saft für bis zu sechs Stunden Betrieb lieferte.

Starterbatterien sind in aller Regel Bleiakkus (Abb.: Varta)
Starterbatterien sind in aller Regel Bleiakkus (Abb.: Varta)
Alle Beteiligten war klar, dass die Erfolgsgeschichte der mobilen Rechner genau von diesem Wert abhängen würde: der Betriebsdauer. Wie so oft in der Geschichte der Computerei wurde die Verbesserung eines Elements genau durch solch einen Bedarf vorangetrieben. Akkus auf Nickel-Basis stießen schnell an ihre Grenzen – vor allem aufgrund des sogenannten “Memory-Effekts“. Wird beispielsweise ein Nickel-Cadmium-Akku nicht vollständig entladen, wird er beim nächsten Laden weniger Strom speichern, was auf lange Sicht zur Unbrauchbarkeit führt. Zur Hochzeit der NiCd-Akkus kursierten serienweise Tipps, wie man diesen Effekt abmindern konnte. Weil Cadmium-Verbindungen giftig sind, hat die EU NiCd-Akkus vor einiger Zeit verboten – sie finden nur noch in der Medizintechnik und Notsystemen Anwendung.

Alles auf Lithium!

Schon 1970 wurde an der TU München der Lithium-Ionen-Akku entwickelt, aber es dauerte bis 1991 bis ein großer Hersteller (Sony) einen Li-Ion-Akku serienmäßig in einem Gerät (Camcorder) einsetzte. Diese Dinger können deutlich mehr Strom speichern und mit höherer Spannung abgeben, reagieren aber auf Totalendladung und Überladung empfindlich bis hin zum Exitus. Deshalb müssen sie mit Schutzschaltungen ausgerüstet sein. Weil die Technik dafür aber vergleichsweise trivial ist, haben sich Akkus auf Lithium-Basis – Stand heute – als Treibstoff für mobile Geräte aller Art durchgesetzt.

Typischer Li-Ion-Akku aus einem Smartphone
Typischer Li-Ion-Akku aus einem Smartphone
Li-Ion-Akkus finden sich heute in allen Smartphones, in Tablets, Notebook, digitalen Kameras aller Art, e-Readern und anderen mobilen Gadgets. Konkurrenz bekommen haben sie ein wenig durch die USB-Technik, weil die es möglich macht, mobile Peripheriegeräte per Kabel aus einem anderen mobilen oder stationären mit Strom zu versorgen. Und weil die Lithium-Ionen-Technik so erfolgreich ist und ständig verbessert wurde, bildet sie heute die Basis für akkubetriebene e-Autos. Weil nun aber – global betrachtet – massenhaft und viel größere Li-Ion-Akkus gebraucht werden, kommt das ökologische Problem mit dem Lithium zum Tragen.

Und in der Zukunft?

Der Rohstoff Lithium, der in Form von Lithium-Carbonat in die industriellen Prozesse gelangt, wird vorwiegend aus Salzwasser gewonnen – wobei erhebliche Mengen an Energie gebraucht werden. Weil das Salzwasser an vielen Lagerstellen (ebenfalls mit viel Energieeinsatz) aus der Tiefe gepumpt wird, bleibt es an der Oberfläche zurück, wodurch sowohl Flächen, als auch Grundwasser versalzt werden können. Beim Bedarf für die kleinen Akkus für mobile Geräte spielten die negativen Umweltauswirkungen nur eine geringe Rolle – die Verbreitung von e-Autos spitzt das Problem zu. Gleichzeitig hat vor wenigen Jahren das großtechnische Recycling von Lithium aus Akkus begonnen.

NiMH-Akku aus dem Modellbau
NiMH-Akku aus dem Modellbau
Wegen der möglichen Verknappung von Lithium in relativ kurzer Zeit und des problematischen Abbaus wird überall auf der Welt nach umweltfreundlichen Alternativen geforscht. Die heißesten Kandidaten für das Material sind aktuell Aluminium, Zinn und Schwefel. Entsprechende Akkus existieren als Prototypen und funktionieren unter Laborbedingungen einwandfrei. Es mangelt jedoch an der Entwicklung industrieller Verfahrungstechnik für die Massenproduktion. Ziel ist es in jedem Fall, die ökologischen Kosten für Akkus drastisch zu reduzieren, indem Stoffe zum Einsatz kommen, die a) in großen Mengen vorhanden b) maximal recyclingfähig und c) mit möglichst geringem Energieaufwand hergestellt werden können. Bis dahin wird es aber fast immer der Lithium-Ionen-Akku sein, der im nächsten Smartphone und im brandneuen e-Auto steckt.

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