Sind die großen Preisunterschiede bei Akkus gerechtfertigt?

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Sind die großen Preisunterschiede bei Akkus gerechtfertigt?

Akkus sind das Rückgrat mobiler Elektronik und finden sich in Smartphones, Notebooks, Tablet-PCs und neuerdings sogar in Autos. Dabei haben sich Akkus in den letzten Jahren stark gewandelt. So waren vor zehn Jahren ganz andere Akkutypen gebräuchlich als heute. Hier hat die Industrie effizientere Lösungen gefunden, die sich auch preislich bemerkbar machen. Kunden haben heute somit die Wahl aus einer Reihe unterschiedlicher Akkus zu verschiedenen Preisen. Wie ein Akku funktioniert, welche Akkutypen es gibt und wovon der Preis eines Akkus abhängt, erfahren Sie in diesem Ratgeber.

Die Funktionsweise von Batterien und Akkus: die galvanische Zelle

Es wird zwischen Primärsystemen und Sekundärsystemen unterschieden. Primärsysteme sind Batterien, die nicht wieder aufgeladen werden können, und Sekundärsysteme sind wiederaufladbare Batterien, die als Akkus bekannt sind. Beide basieren in ihrer Funktionsweise auf der galvanischen Zelle, die bereits seit dem 18. Jahrhundert bekannt ist. Das hierbei zugrundeliegende Prinzip ist die Elektrolyse, bei der chemische Energie in elektrische Energie umgewandelt wird.

Energieumwandlung durch Elektrolyse

In jedem Akku befinden sich ein negativer Pol, die Anode und ein positiver Pol, der Kathode genannt wird. Zwischen ihnen entsteht mithilfe der Elektrolyse ein Stromfluss, der einen Verbraucher wie eine Glühbirne oder einen Prozessor in einem Smartphone mit Energie versorgt. Für die Elektrolyse wird ein Elektrolyt benötigt. Hierbei handelt es sich um eine Flüssigkeit, die Ionen – also geladene Moleküle oder Atome – löst und somit den Stromfluss in Gang setzt. In einer Batterie und in einem Akku liegen die Anode und die Kathode voneinander getrennt in einem Elektrolyt. Damit kein Kurzschluss entsteht, sind die beiden Pole durch eine Membran getrennt. Diese trennt gleichzeitig die beiden Elektrolyte voneinander. Bereits beim Eintauchen der Anode und der Kathode in das Elektrolyt laufen chemische Prozesse ab.

Der Trick ist, für die Anode und die Kathode zwei unterschiedliche chemische Elemente zu nutzen, sodass ein Spannungsaustausch zwischen den Elementen stattfindet. Ein Beispiel ist die Nutzung einer Zinkelektrode und einer Kupferelektrode: Da Zink und Kupfer unterschiedlich reaktionsfähig sind, geben beide Elemente unterschiedlich viele Atome in das Elektrolyt ab. Hierdurch entsteht eine unterschiedliche Spannung, da auf der Zinkelektrode deutlich mehr negative Elektronen verbleiben als auf der Kupferelektrode. Spannungen streben nach Ausgleich – und so entsteht ein Stromfluss.

Das Prinzip der galvanischen Zelle kann mit verschiedenen Elementen erwirkt werden. So gibt es in der Praxis kaum Batterien, die mit Zink und Kupfer arbeiten, und dies aus einem einfachen Grund: Kupfer und Zink sind vergleichsweise teuer und für in Massenproduktion gefertigte Batterien und Akkus gänzlich ungeeignet.

Wo liegt der Unterschied zwischen einem Akku und einer Batterie?

Damit ein Akku wieder aufgeladen werden kann, muss die Umwandlung von chemischer Energie in elektrische Energie umgekehrt werden. Hierbei kommt die elektrische Energie aus der Steckdose und wird in den Akku eingespeist, wo sie in chemische Energie umgewandelt wird. Auf diese Weise kann er sie langfristig speichern und zu einem gewünschten Zeitpunkt wieder abgeben.

Auch in einem Akku befinden sich zwei Elektroden, die Anode und die Kathode, die jeweils in ein Elektrolyt getaucht sind. Ebenfalls gibt es eine Membran, die die beiden Elektrolyte voneinander trennt. Wird an einen vollständig aufgeladenen Akku ein Verbraucher wie ein Handy oder ein Notebook angeschlossen, dann entsteht auf der einen Seite ein Überschuss negativer Ionen. Negative Ionen verfügen über mehr negativ geladene Elektronen und haben daher selbst eine negative Ladung. Hierdurch streben sie zur positiven Elektrode, der Kathode. Wenn alle Ionen dort angekommen sind, ist der Akku leer.

Um den Prozess umzukehren, wird ein Ladegerät angeschlossen, das eine umgekehrte Spannung schafft: Die Ionen, die an der Kathode lagern, streben nun zurück zur Anode. Hier verbinden sie sich mit Elektronen und erhalten damit wieder eine negative Ladung, woraufhin sie potenziell zur positiven Elektrode streben. Wird nun abermals ein Verbraucher angeschlossen, setzt sich der Stromkreislauf in Gang und der Akku liefert Energie.

Verschiedene Akkutypen für unterschiedliche Einsatzzwecke

Es gibt verschiedene Akkutypen, die sich in der Zusammensetzung ihrer chemischen Elemente unterscheiden. Das heißt, dass die beiden Elektroden aus verschiedenen Metallen bestehen; das Elektrolyt ist ebenfalls auf diese Elemente abgestimmt. Auch wenn es Akkus schon viele Jahre gibt, forscht die Industrie ständig an besseren Lösungen. So wurden vor fünf bis zehn Jahren noch hauptsächlich Nickel-Cadmium- und Nickel-Metall-Hydrid-Akkus genutzt, während Lithium-Ionen-Akkus heute Standard sind. Im Automobilbereich werden nach wie vor hauptsächlich Akkus mit Blei genutzt, die sich dadurch auszeichnen, dass schnelles Laden nicht möglich ist und sie beim Laden eine vergleichsweise hohe Hitze entwickeln. Aus diesen beiden Gründen sind sie als Batterien für kleine mobile Geräte nicht geeignet.

Verbraucher haben daher vor allem die Wahl aus folgenden Akkutypen:

Doch worin unterscheiden sie sich?

Nickel-Cadmium-Akkus

Nickel-Cadmium-Akkus haben einige Nachteile, jedoch nur einen einzigen Vorteil: den Preis. So sind sie vergleichsweise günstig und zeichnen sich durch ein geringes Gewicht aus. Aus diesen beiden Gründen waren NiCd-Akkus lange Zeit die Batterien der Wahl für Mobiltelefone und MP3-Player. Allerdings muss der Nutzer bei diesen Akkus mitdenken. Denn sie haben den sogenannten Memory-Effekt: Wird der Akku vor dem Aufladen nicht vollständig entladen, "merkt" er sich den letzten Ladestand und passt sich den Anforderungen an; er reduziert seine Kapazität dementsprechend und nimmt somit bei falschem Ladeverhalten ab – und dies teilweise deutlich. Ein weiterer Nachteil eines Nickel-Cadmium-Akkus ist die Möglichkeit der Überladung. Zwar können diese Akkus mit einem Schnellladegerät geladen werden, allerdings birgt dies das Risiko des Überladens, was die Kapazität ebenfalls stark verringert und die Batterie beschädigen kann. Ein weiteres Risiko ist die Tiefenentladung. Aufgrund dieser Effekte sahen sich Batteriehersteller gezwungen, andere Technologien einzuführen. Seither werden für mobile Geräte vor allem Lithium-Ionen-Akkus verwendet.

Lithium-Ionen-Akkus

Lithium-Ionen-Akkus (Lith-Io) sind deutlich pflegeleichter als Nickel-Cadmium-Akkus. Weder der Memory-Effekt noch eine Überladung sind bei dieser Akkuart möglich. Dies macht den Lithium-Ionen-Akku zum derzeit praktischsten Modell. Ein weiterer großer Vorteil ist die hohe Energiedichte. So ist ein Lith-Io-Akku deutlich kleiner als ein Nickel-Cadmium-Akku derselben Kapazität. Dies bringt nicht nur Platzersparnisse, sondern sorgt auch für ein geringeres Gewicht. Lithium-Ionen-Akkus können also deutlich mehr Energie auf kleinem Raum speichern als andere Akkutypen. Der Nachteil hierbei sind die höheren Kosten für diese Bauform.

Hybrid-Akkus

Ein Nickel-Metall-Hydrid-Akku verhält sich beim Laden und Entladen ähnlich wie der Nickel-Cadmium-Akku und hat dementsprechend ebenfalls den gefürchteten Memory-Effekt. Allerdings bietet er eine höhere Energiedichte als Nickel-Cadmium-Akkus. Er ist günstiger als ein Lithium-Ionen-Akku und bietet damit das beste Energie-Preis-Verhältnis.

Welche Faktoren spielen für die Kosten eines Akkus eine Rolle?

Neben der Bauart des Akkus spielen einige weitere Faktoren eine Rolle bei den Kosten eines Akkus. Die wichtigste Größe einer Batterie und eines Akkus ist die Kapazität. Sie bestimmt die Menge an Energie, die ein Akku mit einer vollen Ladung liefern kann. Ein durchschnittlicher Lithium-Ionen-Akku im Format einer AA-Batterie verfügt über eine Kapazität von rund 2.000 Milliamperestunden (mAh). Ein Akku im Format einer kleineren AAA-Batterie liefert zwischen 800 und 1.000 mAh. Allerdings ist nicht die Kapazität allein entscheidend für den Wirkungsgrad eines Akkus. Diese Größe beschreibt, wie viel Strom ein Akku in einer Stunde abgeben kann: zum Beispiel 1.000 Milliampere (mA) in einer Stunde oder 500 Milliampere in zwei Stunden. Je größer der Verbraucher, desto kürzer ist also die Zeit, während der ein Akku ihn mit Energie versorgen kann.

Es gilt: Je höher die Kapazität und damit die Leistung eines Akkus, desto teurer ist ein Akku. Ein Akku mit 5.000 mAh ist also bedeutend teurer als ein Akku mit nur 2.000 mAh. Da die gelieferte Energie tatsächlich größer ist, ist der höhere Preis gerechtfertigt. Allerdings ist nicht allein die Kapazität entscheidend für die Qualität und den Preis eines Akkus.

Ladezyklen und Lebensdauer eines Akkus und sein Verhältnis zum Preis

Ein Akku ist ein Verschleißteil. Durch fortlaufende chemische Prozesse verschleißen die Elektroden im Akku, und die Kapazität nimmt ab. Die Lebensdauer ist also nicht unendlich, sondern verringert sich mit dem Alter des Akkus – selbst dann, wenn er nicht genutzt wird. Angegeben wird die Lebensdauer in Ladezyklen, wobei ein Ladezyklus bedeutet, dass der Akku entleert und wieder vollständig auf 100 % aufgeladen wird. Die meisten Hersteller geben die Anzahl der Ladezyklen auf der Verpackung an. Je höher diese Anzahl, desto teurer ist der Akku – und auch dies ist gerechtfertigt, da die Lebensdauer tatsächlich länger ist.

Ein guter Wert sind zum Beispiel 1.000 Ladezyklen. Allerdings sollte hierbei beachtet werden, dass diese nur bei ordnungsgemäßem und regelmäßigem Gebrauch eingehalten werden. Wird der Akku durch Nutzung eines schlechten Ladegeräts häufig überladen oder längere Zeit gelagert, so verringert sich die Lebensdauer. In diesem Falle hat ein Akku bereits nach deutlich unter 1.000 Ladezyklen eine niedrigere Kapazität. Zur Orientierung: Laut Hersteller liefert der Macbook-Akku auch nach 1.000 Ladezyklen noch 80 % der ursprünglichen Kapazität.

Fazit: Lohnt sich der Kauf eines teuren Akkus?

Höhere Preise für Akkus sind fast immer gerechtfertigt. Zunächst entscheidet die Bauart des Akkus über die Kosten: Lithium-Ionen-Akkus bieten besonders viel Energie auf besonders kleinem Raum und sind darüber deutlich pflegeleichter als andere Akkus. Hinzu kommen die Kapazität und die Ladezyklen von Akkus, die entscheidend für die Lebensdauer sind. Diese beiden Größen liefern verlässliche Hinweise auf die Qualität eines Akkus. Daher ist ein No-Name-Akku einem Markenakku ebenbürtig, solange er die gleiche Kapazität hat.

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