Warum Akkus schwächer werden und wie sie länger halten

Akkus sind die Herzen unserer Smartphones, ohne diese bleibt der Screen schwarz und der nächste Twittererguss muss warten. Aber Moment mal: Als das Handy neu war hielt der Akku bei gleicher Nutzung etwas länger. Wieso eigentlich?

Dieser Artikel soll sich nun mit dieser Frage, der Funktionsweise des Akkus und mit Tipps zur Verlängerung der Lebensdauer beschäftigen.

Funktionsweise

Um die Fragen nach dem Leistungsverlust und einer längeren Lebensdauer beantworten zu können, müssen wir erstmal die Funktionsweise eines Lithium-Polymer (Li-Po) Akkus beleuchten. Diese Bauform der Lithium-Ionen Akkus ist gerade bei Smartphones und diversen Wearables aufgrund ihrer Leistungsdichte und Flexibilität beliebt.

Fangen wir also sprichwörtlich bei Adam und Eva an. Ein Akkumulator speichert grundsätzlich erstmal elektrische Energie auf elektrochemische Weise. Beim Li-Po erfolgt dies mithilfe von Lithium-Ionen, beim geladenen Akku befinden sich die positiv geladenen Lithium-Ionen am Minuspol in einer Graphitstruktur. Beim Entladen gibt diese Struktur Elektronen ab, welche über die Kontakte durch die Leitungen abfließen, dabei wandern die Lithium-Ionen durch das Elektrolyt, welches beim Lithium-Polymer Akku aus einem gelartigen Polymer besteht. Am Pluspol liegt eine Verbindung von Lithium mit Kobalt, Mangan oder Nickel vor. Diese nimmt die wandernden Lithium-Ionen und Elektronen auf.

Die Verbindung am positiven Pol hält die Lithium-Ionen besser und bildet mit diesen einen stabileren Verbund als das Graphit am Minuspol. Deshalb funktioniert beim Lithium-Ionen Akku grundsätzlich die Energiespeicherung.

Abnutzung

Wieso nutzt sich jetzt aber ein Akku ab, sprich verliert seine Leistung? Bei jedem Ladevorgang oxidiert der Pluspol und beim Entladevorgang der Minuspol (Chemie! Oxidation ist Elektronenabgabe). Und bei der Oxidation entstehen auch Nebenprodukte, welche die Speicherfähigkeit der Elektroden beeinträchtigen. Und Elektroden mit verringerter Speicherfähigkeit können weniger Lithium-Ionen aufnehmen.

Allerdings altert ein Akku auch dann, wenn er nicht verwendet wird. Vor allem dann, wenn er nicht unter optimalen Bedingungen gelagert wird. Wenn der Akku altert kommt es ebenfalls zu irreversiblen Vorgängen, welche schlussendlich die Speicherkapazität der Elektroden verringern.

Und wann macht sich der Verschleiss bemerkbar? Eigentlich verschleißt der Akku schon ab der ersten Ladung, jedoch gilt er erst dann als verschlissen, wenn er weniger als 80% seiner anfänglichen Kapazität vorweisen kann. Dies passiert bei den meisten verbauten Handyakkus nach frühestens 500 Ladezyklen. Das entspricht bei einem Zyklus alle ein bis zwei Tage auch ungefähr einem Handyleben.

Verlängerung der Lebensdauer

Apropos Ladezyklen, hier können wir schonmal mit einem oft herumgeisternden Mythos aufräumen. Oft wird nämlich behauptet, dass am Stück laden den Akku schont. Dem ist nicht so, modernen Lithium-Ionen Akkus ist es egal, ob sie zwei mal halb entladen und wieder geladen werden oder einmal voll. Beide Szenarien entsprechen einem Ladezyklus. Der einzige Vorteil, den die zwei Halbladungen haben, ist eine eventuell geringere Erwärmung des Akkus beim Laden. Einen Memory-Effekt wie bei den alten NiMH-Akkus gibt es nicht.

Damit kommen wir zum ersten Punkt: Achtet auf die Temperatur eures Akkus, sowohl im Betrieb als auch bei der Lagerung. Akkus mögen es nicht, wenn sie warm werden, denn Wärme begünstigt die Alterung. Im schlimmsten Fall kann sich der Akku sogar entzünden. Ideal wären Temperaturen um die 20°C. Wird der Akku zu kalt, verliert er zum einen kurzfristig an Leistung, kann man ja an kalten Wintertagen selbst beobachten, und auch langfristig kann der Akku hierbei Schaden nehmen.

Bleiben wir bei der Lagerung. Diese sollte selbstverständlich ohne Feuchtigkeit erfolgen. Über die ideale Ladung bei einer längeren Lagerung sind sich selbst die Hersteller nicht einig. Manche empfehlen den Akku zu entladen, andere den Akku auf ca 50% zu laden. Haltet euch hier im Zweifelsfall an die Herstellervorgaben. Jedoch solltet ihr in regelmäßigen Abständen den Ladestand der Akkus überprüfen um eine Tiefentladung durch Selbstentladung zu verhindern.

Schon wieder das nächste Stichwort: Tiefentladung, der Tod aller Akkus. Ein tiefentladener Akku ist unwideruflich kaputt und kann sich sogar entzünden. Jedoch kann dies im normalen Gebrauch bei Smartphone-Akkus nicht passieren, denn die Akkuelektronik schaltet weit vorher ab, viele Handys schalten sogar noch früher ab, da das System die Akkuspannung auch selbstständig überwacht.

Und was ist mit Überladung? Auch hier kann es im schlimmsten Fall zu einem Brand kommen, jedoch schaltet wieder die Akkuelektronik selbstständig früher ab.
Die meisten Tipps zur richtigen Ladung von Lithium-Polymer Akkus bzw Lithium-Ionen Akkus kommen aus dem Modellbau, wo die Akkus oft ohne eigene Überwachungselektronik betrieben werden, hier ist es besonders wichtig, den Akku bei 20-80% Ladung zu halten, darüber bzw darunter ist man im gefährlichen Bereich.

Bei Handyakkus ist dies nicht unbedingt nötigt. Oft ist es sogar so, dass 100% Anzeige beim Phone eben nicht echten 100% des Akkus entsprechen, die Entwickler skalieren den gemessenen Wert schon entsprechend der Werte, bei denen die Akkuelektronik abschaltet. Haltet ihr den Akku trotzdem in einem gewissen Bereich, oft ist von 10-90% die Rede, kann das sicherlich nicht schaden, vielleicht nutzt es auch etwas. Denn damit werden die Ladezyklen flacher, was die Anzahl der Ladezyklen ebenfalls erhöhen kann.

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Quellen Elektronik Kompendium, akku-abc, ITWissen.de, Elektronik.net

Grafik Wikipedia (User Cepheiden)