Die Funktionsweise von Akkumulatoren. Untersuchung der elektro-chemischen Vorgänge

Akkumulatoren

Vorwort

In dieser Facharbeit möchte ich mich der elektro - chemischen Stromerzeugung mit Hilfe von Akkumulatoren widmen.

Insbesondere werde ich mich dabei mit dem Nickel - Eisen Akkumulator beschäftigen. Experimente hierzu sollen dessen Funktionsweise verdeutlichen. Im zweiten Teil der Facharbeit, werde ich den Nickel - Eisen Akku mit dem Lithium - Ionen Akku vergleichen, um eine Auswahl zwischen diesen beiden verschiedenen Technologien zu treffen. In Bezug auf den Lithium - Ionen Akku werde ich mich nur im theoretischen Bereich äußern, da an der Schule weder die nötigen Stoffe noch die notwendigen Geräte vorhanden sind um mit solch einem Akkumulator Experimente durchzuführen.

Da der Nickel - Eisen Akku in der Praxis so gut wie keine Bedeutung hat, werde ich mich im letzten Gebiet, nämlich beim Vergleich mit dem Li - Ion Akku, auf den stärker verbreiteten Nickel - Cadmium Akku beziehen. Diesen Akku kann man ohne größere Bedenken in Bezug auf die Funktionsweise mit dem Nickel - Eisen Akku gleichsetzen, da der einzige Unterschied darin besteht, daß am Minuspol das Eisen durch Cadmium ersetzt worden ist.

Das Ziel meiner Facharbeit besteht darin, die elektro - chemischen Vorgänge innerhalb eines Akkumulators besser verstehen zu können und die Vor - und Nachteile der jeweiligen Technologien abzuwägen und aufzuzeigen.

1. Allgemeine Informationen zu Akkumulatoren

1.1. Was ist ein Akkumulator?

Nachdem das Thema für meine Facharbeit bekanntgegeben wurde, war die erste Frage, der ich nachgehen mußte: „Was ist überhaupt ein Akkumulator?“ Demnach ist es auch die erste Frage, die ich im Gesamtkonsens dieses Themas beantworten möchte. Akkumulator (im Sprachgebrauch wird dieser kurz als Akku bezeichnet) bedeutet frei übersetzt Sammler und besteht aus Zellen, die aufgrund ihrer chemisch - physikalischen Eigenschaften in der Lage sind, elektrische Energie zu sammeln und wieder abzugeben. Akkumulatoren werden auch als „Sekundärzelle“ bezeichnet, im Unterschied zur nichtaufladbaren Batterie, die als „Primärzelle“ bezeichnet wird. Akkus gibt es in verschiedenen Größen, wobei diese Größen in Bezug auf die Anzahl der Zellen variieren. „ Experten unterscheiden folgende Fachbegriffe: Eine einzelne Zelle ist nach technischer Definition noch keine Batterie (bzw. Akku). Erst wenn man mehrere Zellen miteinander verknüpft, erhält man eine Batterie (Akku)“ (Informationsheft Varta, Alles über Akkus, S.5). Für die unterschiedlichen Anwendungen (siehe auch Anwendungsgebiete) werden diese verknüpften Zellen zu einem Paket zusammengefaßt und in einem gerätespezifischen Gehäuse untergebracht.

1.2. Aufbau eines Akkumulatoren

Eine Sekundärzelle besteht prinzipiell aus zwei Elektroden, zwischen denen eine chemische Reaktion stattfindet. Durch diese Reaktion wird elektrische Energie freigesetzt. Es gibt eine positive und eine negative Elektrode, die je nach Technologie des Akkus unterschiedliche Materialien enthalten. Die beiden Elektroden werden durch einen Separator, der z.B. aus einer Art Schaumstoff besteht, gegeneinander isoliert, damit es nicht zu einem internen Kurzschluß kommen kann, durch den die elektrische Energie in Form von Wärme einfach verpuffen würde. Für eine elektro - chemische Reaktion wird jetzt noch ein Elektrolyt benötigt, eine Flüssigkeit, die Leitsalze enthält. Diese befindet sich in der gesamten Zelle, also in den Elektroden und im Separator. Diese Flüssigkeit ist auch wieder abhängig von der jeweiligen verwendeten Akku -Technologie. Bei dem von mir in Punkt 2 untersuchten Nickel - Eisen Akkumulator wird Kaliumhydroxid als Elektrolyt verwendet. Schließlich wird für den Akku noch ein Gehäuse benötigt, das aus Zellgefäß und Zelldeckel besteht. Das Zellgefäß ist dabei zugleich der negative Pol, der Zelldeckel der positive Pol der wiederaufladbaren Zelle. Heutzutage gibt es 3 weit verbreitete Technologien: den Nickel - Cadmium -, Nickel - Metallhydrid - und den Lithium - Ionen Akkumulator. (Siehe dazu auch Punkt 2.3.)

1.3. Zelltypen

Im Wesentlichen unterscheidet man zwischen zwei Zelltypen, nämlich zwischen den Rundzellen und den prismatischen Zellen. Die meisten wiederaufladbaren Zellen werden als Rundzellen (auch Wickelzellen genannt) gebaut. Separator, positive - und negative Elektrode werden in Form von Streifen übereinandergelegt und aufgewickelt. Die Elektroden bieten bei dieser Bauweise die größtmögliche Oberfläche, was für kurze Ladezeiten und hohe Leistungsfähigkeit sorgt.(Siehe Punkt 2.3.)

Bei den prismatischen Zellen (eckigen Zellen) bestehen die Elektroden aus flachen Platten. Sie werden eigentlich nur in Geräten eingesetzt, die aufgrund des vorhandenen Raumes keine Rundzellen zulassen.

1.4. Anwendungsgebiete

Die Anwendungsgebiete von Akkumulatoren sind sehr vielfältig, da normale Batterien den Nachteil haben, daß sie nach dem Gebrauch nicht mehr regeneriert werden können. Aus unserem täglichen Leben sind Akkus nicht mehr wegzudenken. Im Folgenden möchte ich die wichtigsten Gebiete nennen, in denen mit Akkus gearbeitet wird.

??Haushalt

Elektrische Dosenöffner, elektrische Zahnbürsten, elektrische Rasierapparate

??Videoequipment

Tragbare Fernseher, tragbare CD - Player, Walkman

??Kommunikation

Tragbare Telefone, Mobiltelefone, Notebooks

??Spielzeug

Ferngesteuerte Autos, Flugzeuge etc.

??Andere

Taschenlampen, medizinisches Material, Fotoapparate (Blitzlicht)

2. Nickel - Eisen Akkumulator

2.1. Historie

Der Erfinder des Nickel - Eisen Akkus ist Thomas Alva Edison (1847 - 1931), seines Zeichens amerikanischer Ingenieur und Erfinder. Weitere Erfindungen von ihm waren der Phonograph, die Kohle - Fadenlampe, die Glühemission, ein Generator zur Stromerzeugung und einige weitere Errungenschaften.

2.2. Nickel - Eisen Zellen

2.2.1. Aufbau

Die aktiven Komponenten von einem geladenen Nickel - Eisen Akkumulator (im Folgendem kurz NiFe - Akku genannt) sind Nickelhydroxid in der positiven Elektrode und Eisenpulver, das „in einer perforierten Metalltasche fixiert ist“ in der negativen Elektrode. Dem Eisen kann „zur Erhöhung seiner Lebensdauer Quecksilberoxid oder Cadmiumoxid“ (beide Zitate aus: Werner Baumann, Abfallverhalten neuartiger Batterien) zugesetzt sein. Der Ausgangsstoff für die Elektrodenmasse ist also eine Mischung aus Eisen und Eisenoxid, um genau zu sein Fe3O4. Der Elektrolyt besteht aus einer 31% Kalilauge (KOH).(Siehe dazu auch Punkt 2.3.)

2.2.2. Reaktionen in der Zelle

Bei der Entladung des NiFe - Akkus laufen folgende Reaktionen an den Elektroden ab:

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

In Worten formuliert kann man sagen, daß Eisen zu Eisenhydroxid oxidiert und Nickeloxidhydroxid zu Nickelhydroxid reduziert. Die doppelseitigen Pfeile bedeuten, daß bei der Ladung des Akkumulators die Reaktion in umgekehrter Richtung abläuft.

2.2.3. Technische Daten

Die Ruhespannung, d.h. die Spannung bei Normalbedingungen, des Nickel - Eisen Akkus beträgt 1,2 Volt. Der Wert der Energiedichte beträgt theoretisch 260 Wattstunden pro Kilogramm(Wh/kg), die praktische Energiedichte liegt allerdings nur bei 50 Wh/kg.

2.2.4. Anwendung

Zeitweise wurde der Nickel - Eisen Akkumulator als Alternative zum Nickel - Cadmium Akku gesehen. Die größten Vorteile gegenüber des NiCd - Akkus liegen in der großen Lebensdauer und in der Zyklenfestigkeit. Außerdem liegen die Kosten von Eisen unter denen von Cadmium. Ein letzter, besonders in der heutigen Zeit, sehr wichtiger Punkt ist, daß Eisen im Gegenteil von Cadmium umweltverträglich ist.

Trotz all dieser positiven Aspekte hat der NiFe - Akku heutzutage keine praktische Bedeutung mehr, was vor allem an der starken Korrosion der Eisenelektrode und der damit verbundenen Gasung liegt. Das führt zu diesem, schon in Punkt 2.2.3. erwähnten, großem Unterschied zwischen theoretischer und praktischer Energiedichte. Abschließend kann man sagen, daß keine ausreichende Produktivität bei der Herstellung von Nickel - Eisen Akkumulatoren gegeben wäre.

2.3. Schematische Darstellung eines Akkumulatoren

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

3. Versuche zu Nickel - Eisen Akkumulator

3.1. Vorwort zu den Versuchen

Die Reihenfolge in der ich die Versuche anordnen mußte war wie folgt:

I. Herstellung von Nickelhydroxid für die positive Elektrode

II. Herstellung von reinem Eisen für die negative Elektrode

III. Messung der Spannung des NiFe - Akkus bei Normaltemperatur

IV. Messung der Spannung des NiFe - Akkus bei niedriger Temperatur

V. Messung der Spannung des NiFe - Akkus bei hoher Temperatur

Im Weiteren werde ich jetzt jeden dieser Versuche mit Versuchsbeschreibung, Beobachtung und Deutung dokumentieren.

I. Versuch

Versuchsbeschreibung:

Für den Versuch werden folgende Materialien benötigt:

- ein Nickeldrahtnetz
- 50 ml Nickelnitratlösung (c = 1 mol/l)
- 0,4 ml n - Butanol
- Kalilauge (c = 5 mol/l)
- Destilliertes Wasser
- Ein Föhn

Als erstes mußte ich die Nickelnitratlösung ansetzen. Aufgrund der Konzentration von c = 1 mol/l mußte ich zu 50 ml Wasser 14,536 g Nickelnitrat geben. Danach mußte ich noch die schon in der Konzentration vorhandene Kalilauge in ein passendes Reagenzglas füllen. Jetzt ging der Versuch in 5 Schritten vor sich.

1. Nickeldrahtnetz in Nickelnitratlösung tauchen und langsam wieder herausziehen
2. Das Nickeldrahtnetz zwei Minuten mit dem Föhn trocknen
3. Netz in Kalilauge eintauchen und langsam wieder herausziehen
4. Wiederholung von Punkt 2.
5. Netz mit destilliertem Wasser abspülen

Diese 5 Punkte mußte ich nun 4 mal wiederholen. Beobachtung:

Das Nickeldrahtnetz war nun von einer dünnen grünlichen Schicht überzogen. Deutung:

Das Ziel dieses Versuches war erreicht. Es hat sich das grüne Nickelhydroxid Ni(OH)2 gebildet. Die positive Elektrode des Nickel - Eisen Akkus besteht nämlich aus Nickelhydroxid (siehe auch 2.2.1.).

II. Versuch

Bei diesem Versuch gibt es nicht viel zu beschreiben, da schon reines Eisen in Form eines

langen Eisennagels vorhanden war. Ich mußte diesen Nagel nur eine Weile abschmirgeln, da er schon etwas angerostet war. Danach hatte ich jetzt auch die negative Elektrode des Nickel - Eisen Akkus fertig präpariert.

III. Versuch

Versuchsbeschreibung:

Folgende Materialien wurden benötigt:

1. Ein Plexiglasgefäß mit Schaumstoff in der Mitte (als Separator)
2. Eine Spannungsquelle
3. Ein Voltmeter
4. Positive und negative Elektrode 5. 800 ml Kalilauge ( 31% )

Als erstes setzte ich mit 800 ml Wasser und 248 g Kaliumhydroxid eine 31 % Kalilauge, die in dem Akku als Elektrolyt dient, an und füllte diese in das Plexiglasgefäß. Nun befestigte ich die beiden Elektroden, Nickelhydroxid als positive und Eisen als negative, so, daß sie genügend in die Kalilauge eingetaucht waren. Die Elektroden wurden daraufhin von mir mit der Spannungsquelle verbunden und ein Voltmeter wurde parallel zwischengeschaltet, um die aus dem Akku resultierende Spannung messen zu können. (Siehe auch Schematische Darstellung und Versuchsfotografie 1). Um das theoretische Meßergebnis einmal zu veranschaulichen, habe ich an den Akku einen, mit einem Elektromotor betriebenen, Schirm angeschlossen. Dieser setzte sich daraufhin auch sofort in Bewegung und hörte erst wieder auf, als der Akku vollständig entladen war (siehe auch Versuchsfotografie 2). Die Temperatur, die durch die Raumtemperatur bestimmt wurde, betrug bei der die Messung ca. 20°C.

Beobachtung:

Nachdem ich den Akku mit 2 V Gleichspannung 5 Minuten aufgeladen hatte, war zu beobachten, daß sich die Farbe, des mit Nickelhydroxid beschichteten Nickeldrahtnetz, am Pluspol von grün nach schwarz gefärbt hatte. Nachdem ich die Spannungsquelle abschaltete, konnte ich eine von dem Nickel - Eisen Akku erzeugte Spannung am Voltmeter ablesen. Sie pendelte sich nach einiger Zeit bei ca. 1,53 V ein. Deutung:

Bei diesem Versuch ist es ratsam die Reaktionsgleichungen für Plus- und Minuspol, sowie die Gesamtgleichung zu formulieren. Ich bitte hierzu den Punkt 2.2.2. noch einmal zu betrachten.

Berechnung für diesen Fall:

Wel = 2 * 1,53 V * 96500 C = 295 KJ/mol ? GR = - 295 KJ/mol

? HR kann ich für diesen Fall nicht berechnen, da mir keine passenden Werte aus der Literatur zur Verfügung stehen und meine Meßergebnisse spiegeln nur ? GR wieder.

Schematische Darstellung und Versuchsfotografie

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

IV. Versuch

Versuchsbeschreibung:

Es wurde der gleiche Aufbau wie bei Versuch III verwendet, der einzige Unterschied lag darin, daß ich die Temperatur so weit wie möglich herunterbringen mußte. Als einzig geeignetes Material dafür erschienen mir Eis. Um dieses unterzubringen, mußte ich meinen Akkumulator in ein etwas größeres Gefäß stellen und das, von mir schon zerkleinerte, Eis in dem Zwischenraum zwischen den beiden Gefäßen verteilen (siehe auch Versuchsfotografie). Der Grund weshalb ich die Eiswürfel zerkleinerte ist, daß ich eine möglichst große „Angriffsfläche“ des Eises auf den Akku schaffen wollte.

Beobachtung:

Nachdem das Eis komplett eingefüllt worden war, sank die Temperatur innerhalb des Akkumulators mit der Zeit immer stärker ab. Den Zusammenhang zwischen Temperatur und Spannung möchte ich mit diesem Diagramm verdeutlichen.

IV. Versuch

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Temperatur in °C

In diesem Diagramm ist meines Erachtens gut zu erkennen, daß die verminderte Temperatur einen schlechten Einfluß auf die Spannung hat, die der Akkumulator liefert. Je stärker die Temperatur sinkt, desto weniger Spannung liefert der Nickel - Eisen Akku.

Deutung:

Wenn ich diesem Versuch die Gibbs - Helmholtz Gleichung zugrunde lege und mit der Gleichung für Wel verknüpfe, ist die Deutung des Versuches relativ leicht. Diese Gibbs - Helmholtz Gleichung lautet wie folgt: ? GR = ? HR - T * ? s Die Gleichung für Wel lautet: Wel = n * U * Q

Daraus folgt, daß je niedriger der Wert ist, den man für T (also die Temperatur) einsetzt, desto kleiner wird der Wert für ? GR, da ? s ein negatives Vorzeichen besitzen muß (wenn Energie frei wird. Wie bei jeder Reaktion in einem Akku, ist die Reaktion exergonisch, was wiederum durch ein negatives Vorzeichen gekennzeichnet wird) wobei der Wert für ? GR mit dem für Wel gleichzusetzen ist. Weiterhin verringert sich der Wert für U, wenn der Wert von Wel kleiner wird. Das ist das Ergebnis auf das ich erwartet hatte. Also verringert sich die Spannung, wenn die Temperatur niedriger wird.

Versuchsfotografie

V. Versuch

Versuchsbeschreibung:

Der Aufbau ist wieder der gleiche wie bei den beiden vorherigen, bis auf die Tatsache daß ich das Eis gegen heißes Wasser (ca. 60°C) austauschen mußte, um auf eine hohe Temperatur innerhalb des Akkus zu kommen.

Beobachtung:

Nachdem ich das heiße Wasser einfüllte, stieg die Temperatur innerhalb des Akkus stetig an. Dies hatte wieder Auswirkung auf die Spannung. Diesen Zusammenhang möchte ich wiederum anhand dieses Diagramms verdeutlichen.

V. Versuch

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Temperatur in °C

Man kann auch in diesem Diagramm ablesen, daß die Spannung mit steigender Temperatur abfällt. Am Anfang und am Ende bemerkt man, daß die Spannung etwas stärker abfällt als im Mittelteil des Graphen.

Deutung:

Wenn ich diesem Versuch wieder die Gibbs - Helmholtz Gleichung zugrunde lege, kann ich diesen Versuch eigentlich nicht richtig deuten. Wenn ich in diese Gleichung (siehe Versuch IV) höhere Werte für T einsetzte müßte ich nach gleicher Vorgehensweise wie in der vorangegangenen Deutung auch höhere Werte für die Spannung bekommen. Das heißt, so weit man der Formel glauben kann, und ich denke das kann man, daß meine Meßergebnisse falsch sind. Ich kann mir das Ganze nur so erklären, daß der Akku den ich hergestellt habe nicht besonders standfest ist. Wahrscheinlich verliert mein Nickel - Eisen Akku mehr Spannung, als durch die Erhöhung der Temperatur hervorgerufen werden kann.

3.2. Fazit zu den Versuchen

Insgesamt bin ich mit den Ergebnissen meiner Versuche sehr zufrieden. Es ist mir gelungen einen funktionstüchtigen Nickel - Eisen Akkumulator herzustellen, der bei Normaltemperatur sogar mehr, als die in der Literatur beschriebenen, 1,3 Volt lieferte. Dieses Phänomen kann ich mir nur so erklären, daß die Verfasser dieser Literatur sich auf einen Durchschnittswert beziehen, der den gesamten Wirkungsbereich des Akkus zugrunde legt. Die größten Schwierigkeiten bestanden darin, daß die Werte für die Spannung bei Raumtemperatur nach dem Aufladen stark variierten. Der Fehler für dieses Problem ist wahrscheinlich in der immer etwas unterschiedlichen Dauer des Aufladens zu suchen. So war es schwierig für mich einen exakten Ausgangswert zu ermitteln. Außerdem ist der Akku, wie schon in der letzten Deutung beschrieben, nicht besonders standfest, verliert also in relativ kurzer Zeit relativ viel Spannung. Der Wert, den ich dann als Grundlage für alle Versuche genommen habe, ist ein Durchschnittswert, den ich nach mehrmaligem Auf - und Entladen errechnet habe.

4. Lithium - Ionen Akkumulator

4.1. Historie und Anwendung

Die wiederaufladbare Lithium - Ionen Technologie ist die jüngste der heute auf dem Markt konkurrierenden Akku - Systeme. Erstmals wurde diese Technologie Anfang des Jahres 1996 auf dem deutschen Markt angeboten. Seit damals hat sich der Absatz dieses Akku - Typs sehr positiv entwickelt. Schon im August / September 1998 lag der Absatz bei 15,2%, Tendenz stark steigend. Diesen Trend haben die starke Nachfrage nach Mobiltelefonen und Notebooks ausgelöst, die zum überwiegendem Teil mit Lithium - Ionen Akkumulatoren (kurz Li - Ion) betrieben werden ( Zu den Gründen siehe auch 5.1. ) (Die Werte sind einer Grafik aus Varta, Alles über Akkus, S.48, entnommen)

4.2. Lithium - Ionen Zellen

4.2.1. Technologie

Lithium - Ionen Zellen wurden vorwiegend auf dem Hintergrund entwickelt, den Energieinhalt, bezogen auf Gewicht und Volumen, so groß wie nur irgend möglich zu bekommen.

Vor diesem Hintergrund ist Lithium das ideale Anodenmaterial, da es ein sehr niedriges Atomgewicht hat (6,94 g/mol) und gegenüber anderen chemischen Stoffen eine hohe Spannung zeigt. Lithium allein ist allerdings als Anodenmaterial ungeeignet, da das Material beim Wiederaufladen nicht als kompaktes Material, sondern als poröse, dem Elektrolyten gegenüber hochreaktive Masse, entstehen würde. Deshalb wird das Lithium in einer Verbindung (meistens Lithiumkobaltoxid) verwendet. Als Anodenmaterial werden sogenannte Kohlenstoff - Einlagerungselektroden aus Koks oder Graphit verwendet in die sich die, von der Kathode kommenden, Lithium - Ionen einlagern können. Da zwischen den Elektroden eben diese Lithium - Ionen ausgetauscht werden, ist die Technologie auch nach ihnen benannt und nicht wie üblich nach dem Anoden - Kathoden Materialien. Als Elektrolyt wird ein flüssiges organisches Li - Salz, das in Kohlensäureestern gelöst ist, verwendet.

4.2.2. Reaktionen in der Zelle

Gesamtgleichung: [Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten]

(Diese Gleichung habe ich sinngemäß aus dem Varta Spezial - Report 1/96, Autor: Dr. M. G. Hake, entnommen. Für die Index - Variablen y und n habe ich keine entsprechenden Zahlenwerte gefunden)

4.2.3. Technische Daten

Die Ruhespannung beträgt bei dem Li - Ion Akku bei 3,6 Volt. Die Energiedichte beträgt bezogen auf das Gewicht 100 Wh/kg und bezogen auf das Volumen 218 Wh/l.

5. Vergleich Nickel-Eisen (Cadmium) - mit Lithium-Ionen Akkumulator

5.1. Einführung

Hier beginnt nun der schon im Vorwort beschriebene Teil meiner Facharbeit, in dem ich mich nicht mehr direkt auf den Nickel - Eisen Akku beziehen kann, da diese Technologie in der heutigen Praxis nicht angewendet wird. Maximal ein, zwei Punkte könnte ich direkt vergleichen, aber dann halte ich es doch für sinnvoller den ganzen Vergleich einheitlich mit dem Nickel - Cadmium Akku zu ziehen.

5.2. Vergleich

Es gibt eine Reihe von Punkte in denen sich diese beiden Technologien unterscheiden. In der folgenden Tabelle sind die wichtigsten Eigenschaften der Akkus aufgeführt.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Der gravierendste Unterschied besteht wohl in dem letzten Punkt der Tabelle; die Spannung. Sie liegt bei dem Li -Ion Akku um 2,4 Volt höher als beim NiCd - Akku. Daraus resultiert auch der um ca. 2-3 mal höhere Wert bei den Energiedichten. Ein weiterer Vorteil entsteht bei Betrachtung des Elektrolyts. Beim Li -Ion System ist es möglich, feste Polymerelektrolyte zu verwenden. Das garantiert Auslaufsicherheit und bietet die Möglichkeit beliebige Zellformen zu realisieren. Auch in der Umweltverträglichkeit ist der Li -Ion Akku klar im Vorteil, da keine giftigen Stoffe wie Cadmium, Quecksilber oder Blei verwendet werden. Wie schon der Name des Nickel - Cadmium Akkus verrät, enthält dieser das eben schon erwähnte giftige Cadmium, was ein großes Umweltrisiko darstellt.

Doch auch die NiCd - Technologie bringt einige Vorteile mit sich. Das System ist um einiges belastbarer, was sich auch in der Zyklendauer niederschlägt. Systembedingt hat der NiCd - Akku beim Elektrolyt einen Vorteil, da die Leitfähigkeit von einer wäßrigen Kaliumhydroxid - Lösung ca. 100 mal höher ist als die des organischen Elektrolyts beim Li - Ion Akku. Der größte Vorteil liegt allerdings noch woanders. Die Kosten des NiCd - Akkus sind deutlich geringer als die des Li -Ion Akkus. So ist der Preis für zwei in Baugröße und Bauform vergleichbare Akkus beim Li - Ion Akku mehr als 4mal höher.

Abschließend kann man sagen, daß doch trotz all dieser positiven Aspekte die immens höhere Leistungsfähigkeit des Lithium -Ionen Akkus den Ausschlag dafür gibt, daß dieses der Akku der Zukunft ist und daß der Nickel - Cadmium Akku dem Wettbewerb mit dem Vergleichsakku nicht länger standhalten wird. Die Nachteile, die sich beim Li - Ion Akku ergeben, lassen sich in den Hauptanwendungsgebieten recht gut kompensieren, da z.B. beim Mobiltelefon die Belastbarkeit dieses Akkus vollkommen ausreichend ist. Auch der Preis scheint aufgrund der sehr hohen Energiedichten gerechtfertigt.

Schlußwort

Insgesamt bin ich mit dem Ergebnis meiner Untersuchungen in Bezug auf alle möglichen Formen der Akkumulatoren zufrieden. Nach anfänglichen Schwierigkeiten bei der Literaturbeschaffung ist es mir meiner Meinung nach gelungen die chemisch - physikalischen Vorgänge, die einem Akku zugrunde liegen, objektiv und detailliert darzustellen und einem außenstehenden Leser (mit ausreichenden chemischen Grundkenntnissen) begreiflich zu machen

Allerdings traten nach und nach bei der Bearbeitung des Themas einige Probleme auf. Zum einen war ein großer Teil der Fachliteratur, die ich benutzte, auf Englisch geschrieben und da ich vor allem so spezielles Englisch nicht ohne weiteres verstehen konnte, mußte ich in deren Übersetzung eine Menge Zeit investieren.

Außerdem liefen einige der Versuche nicht ganz nach meinen Wünschen ab (siehe dazu auch Punkt 3.2.).

Ein weiterer Punkt der mir Schwierigkeiten bereitete, war die Untersuchung des Lithium - Ionen Akkus, da seine Funktionsweise sehr komplex ist. Ich habe mich daher nur auf die wichtigsten Aspekte dieser Technologie beschränkt, da eine ausführliche Betrachtung wohl den Rahmen dieser Facharbeit gesprengt hätte.