Was ist der Unterschied zwischen Nickel-Cadmium (NiCd), Nickel-Metallhydrid (NiMH) und Lithium-Ionen (Li-Ion) Batterien?

Was ist der Unterschied zwischen Nickel-Cadmium (NiCd), Nickel-Metallhydrid (NiMH) und Lithium-Ionen (Li-Ion) Batterien?

Batterien sind aus unserem modernen Leben nicht wegzudenken. Wir nutzen sie in alltäglichen Geräten wie Mobiltelefonen, Laptops, elektronischen Fahrzeugen und vielen mehr. Doch mit den verschiedenen Batterietypen kann es manchmal verwirrend sein zu wissen, welcher der beste für unsere Bedürfnisse ist. In diesem Artikel werde ich den Unterschied zwischen den drei beliebtesten Batteriechemien erklären: Nickel-Cadmium, Nickel-Metallhydrid und Lithium-Ionen.

Nickel-Cadmium (NiCd) Batterien

Lass uns mit den ältesten Batterien beginnen – den Nickel-Cadmium-Batterien. NiCd-Batterien sind äußerst robust und eignen sich daher gut für den Einsatz in extremen Umgebungen wie Kälte oder Hitze. Im Vergleich zu NiMH- oder Li-Ion-Batterien haben sie auch eine längere Lebensdauer von etwa 700-1000 Ladezyklen. Sie sind ideal für Anwendungen mit hoher Leistungsabgabe und Tiefentladung. Ein Nachteil ist jedoch das sogenannte “Memory-Effekt”. Wenn eine NiCd-Batterie nach jedem Gebrauch nicht vollständig aufgeladen wird, kann dies ihre Lebensdauer verkürzen. Eine Rekonditionierung kann zwar durchgeführt werden, jedoch auf Kosten von mindestens 3 Ladezyklen. Die Vorteile der Verwendung einer NiCd-Batterie liegen in ihrer extremen Temperaturtoleranz, ihrer Fähigkeit zur Tiefentladung und der Verfügbarkeit von Nicad-Zellen. Aufgrund von Übernahmen und Einstellungen der Produktion sind jedoch hochwertige Nicad-Zellen nicht mehr so einfach verfügbar wie früher.

Nickel-Metallhydrid (NiMH) Batterien

NiMH-Batterien bieten eine höhere Kapazität als NiCd-Batterien, aber weniger als Li-Ionen-Batterien. Sie sind fast doppelt so schwer wie NiCd-Batterien und haben keinen Memory-Effekt. NiMH-Batterien eignen sich gut für den Einsatz bei mittleren Temperaturen von -5 bis 95 Grad Fahrenheit. Sie haben gute Tiefentladeeigenschaften und können fast die doppelte Kapazität von Nicad-Zellen speichern. Ihre Lebensdauer beträgt in der Regel 500-800 Ladezyklen. Bei der Ladung und Entladung verhalten sie sich ähnlich wie NiCd-Batterien und sind sicherer als Lithium-Ionen-Batterien. NiMH-Batterien neigen jedoch eher zum “Schwache-Zellen-Syndrom”. Das bedeutet, dass eine vollständig geladene Batterie pack sofort erschöpft ist, obwohl sie als vollständig geladen angezeigt wird. Dies liegt daran, dass einige oder alle Zellen nicht mehr genügend Energie speichern können. NiMH-Zellen sind gegenüber thermischer Selbstentzündung besser geschützt als Lithium-Ionen, aber nicht so gut wie NiCd. Sie haben ähnliche Sicherheitseigenschaften wie NiCd und sind umweltfreundlicher. Die Verfügbarkeit von NiMH-Zellen ist sehr gut, da sie von mehreren Herstellern in vielen Ländern produziert werden.

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Lithium-Ionen (Li-Ion) Batterien

Lithium-Ionen-Batteriezellen sind für ihre enorme Energiedichte bekannt. Sie können mehr Energie pro Pfund speichern als herkömmliche Batteriepacks. Das macht sie sehr beliebt für portable Elektronikgeräte, Fahrzeuge und vieles mehr. Im Gegensatz zu NiCd-Batterien haben sie keinen Memory-Effekt und eignen sich am besten für Tiefentladeanwendungen. Aus umwelttechnischer Sicht sind sie sicherer zu entsorgen als NiCd-Batterien, da sie keine Wasserverschmutzung verursachen. Die Verwendung von Lithium-Ionen-Batterien bei extremen Temperaturen ist jedoch nicht empfehlenswert. Bei -40 Grad Celsius beträgt ihre maximale Kapazität laut NASA nur 12% ihrer Raumtemperaturkapazität. Es gibt Berichte von Li-Ionen-Batterien, die bei -5 Grad Fahrenheit einfach nicht mehr funktionieren. Sicherheit ist ein weiteres Thema bei Lithium-Ionen-Batterien. Alle Li-Ionen-Batterien müssen mit einer integrierten Schaltung zur Steuerung von Ein- und Ausgangsspannung kontrolliert werden, um thermische Selbstentzündung zu verhindern. Das Fehlen dieser Schaltung kann zu gefährlicher Selbstentzündung führen. Du hast sicherlich schon von Laptop-Batterien gehört, die in Flammen aufgehen – das ist ein Beispiel für thermische Selbstentzündung. Ein weiteres Sicherheitsproblem ist Wasser. Li-Ionen-Batterien können sich in Gegenwart von Wasser extrem schnell oxidieren, was zu einer Explosion führen kann. Die Lebensdauer von Li-Ion-Batterien liegt bei etwa 700-950 Ladezyklen, kann sich jedoch je nach Testergebnissen ändern. Die Lade- und Entladekurve von Li-Ion-Batterien ist außergewöhnlich. Sie können hohe Ein- und Ausgangsspannungen verarbeiten, was sie ideal für den Einsatz in Elektrowerkzeugen, Elektrofahrzeugen, Mobilitätshilfen und ähnlichem macht. Die Verfügbarkeit von Lithium-Ionen-Batterien ist sehr gut. Sie werden in verschiedenen Teilen der Welt abgebaut und der Preis sollte in absehbarer Zukunft stabil bleiben.

Zukünftige Batterieprodukte

Neben den oben genannten Batteriechemien gibt es ständige Fortschritte in der Batterietechnologie. Hier sind einige vielversprechende zukünftige Batterieprodukte:

  • Lithium-Schwefel-Batterien
  • Aluminium-Luft-Batterien
  • Festkörperbatterien
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Diese neuen Batterietypen könnten in Zukunft eine noch höhere Energiedichte und verbesserte Leistung bieten.

Insgesamt ist es wichtig, die Vor- und Nachteile der verschiedenen Batterietypen zu verstehen, um die beste Wahl für unsere spezifischen Anforderungen zu treffen. Ob wir robuste Batterien für extreme Umgebungen benötigen, eine hohe Kapazität für tragbare Elektronikgeräte wünschen oder die beste Leistung in Elektrofahrzeugen benötigen – es gibt für jeden Zweck eine passende Batteriechemie.