Li-Ion vs. NiCad

Lithium-Ionen (oder Li-Ion) Batterien sind kleiner, wartungsarm und umweltfreundlicher als Batterien Nickel-Cadmium (auch genannt NiCad, NiCd oder Ni-Cd) Batterien. Obwohl sie Ähnlichkeiten aufweisen, unterscheiden sich Li-Ion- und NiCd-Batterien in ihrer chemischen Zusammensetzung, den Auswirkungen auf die Umwelt, den Anwendungen und den Kosten.

Vergleichstabelle

Li-Ion vs. NiCad-Vergleichstabelle

Li-Ion	NiCad
Nennspannung der Zelle	3,6 / 3,7 V	1,2 V
Zyklus Haltbarkeit	400-1200 Zyklen	2.000 Zyklen
Spezifische Leistung	~ 250- ~ 340 W / kg	150 W / kg
Lade- / Entladeeffizienz	80-90%	70-90%
Selbstentladungsrate	8% bei 21 ° C, 15% bei 40 ° C, 31% bei 60 ° C (pro Monat)	10% pro Monat
Energiedichte	250-620 W • h / L	50-150 W · h / l
Spezifische Energie	100-250 W · h / kg	40-60 W · h / kg
Verfügung	Nicht gefährlicher Abfall	Gefährliche Abfälle
Instandhaltung	Benötigt keine periodische Entladung	Erfordert vor dem Aufladen volle Entladung
Gewicht	20% -35% weniger als Nicad	Mehr
Memory-Effekt	Leiden Sie nicht unter Gedächtniseffekt	Leiden Sie im Gedächtniseffekt

Inhalt: Li-Ion vs. NiCad

• 1 Elektrochemie
• 2 Auswirkungen auf die Umwelt
• 3 Kosten
• 4 Bedienung und Leistung
• 5 Größen und Typen
• 6 Anwendungen
• 7 Referenzen

Elektrochemie

Eine Nickel-Cadmium-Batterie verwendet Cadmium für die Anode (negativer Anschluss), Nickeloxyhydroxid für die Kathode (positiver Anschluss) und wässriges Kaliumhydroxid als Elektrolyt.

Eine Lithium-Ionen-Batterie verwendet Graphit als Anode, Lithiumoxid als Kathode und ein Lithiumsalz als Elektrolyt. Lithiumionen bewegen sich während der Entladung von der negativen Elektrode zur positiven Elektrode und beim Laden wieder zurück. Elektrochemische Lithium-Ionen-Zellen verwenden eine interkalierte Lithiumverbindung anstelle von metallischem Lithium als Elektrodenmaterial, im Gegensatz zu Lithium-Einweg-Primärbatterien.

Umweltbelastung

NiCad-Batterien enthalten zwischen 6% (Industriebatterien) und 18% (Verbraucherbatterien) Cadmium, das ein giftiges Schwermetall ist und daher bei der Batterieentsorgung besondere Vorsicht erfordert. Die Bundesregierung stuft ihn als gefährlichen Abfall ein. In den Vereinigten Staaten ist ein Teil des Batteriepreises eine Gebühr für die ordnungsgemäße Entsorgung am Ende seiner Lebensdauer.

Die Komponenten von Lithium-Ionen-Batterien sind umweltverträglich, da Lithium kein gefährlicher Abfall ist.

Kosten

Die Herstellung eines Lithium-Ionen-Akkus kostet wegen der zusätzlichen Schutzschaltung zur Überwachung von Spannung und Strom etwa 40 Prozent mehr.

Bedienung und Leistung

Der größte Nachteil von Nickel-Cadmium-Batterien besteht darin, dass sie unter einem "Memory-Effekt" leiden, wenn sie mehrmals in denselben Ladezustand entladen und wieder aufgeladen werden. Die Batterie "merkt sich" den Punkt in ihrem Ladezyklus, an dem die Wiederaufladung begann, und während der nachfolgenden Verwendung fällt die Spannung an diesem Punkt plötzlich ab, als ob die Batterie entladen worden wäre. Die Kapazität der Batterie verringert sich jedoch nicht wesentlich. Einige Elektronikkomponenten sind speziell dafür ausgelegt, dieser reduzierten Spannung lange genug standzuhalten, damit sich die Spannung wieder normalisiert. Einige Geräte sind jedoch nicht in der Lage, die Spannung zu verringern, und die Batterie scheint früher als normal "leer" zu sein.

Ein ähnlicher Effekt, der Spannungsabfall oder Lazy Battery-Effekt genannt wird, ist das Ergebnis eines wiederholten Überladens. In diesem Fall scheint der Akku vollständig aufgeladen zu sein, entlädt sich jedoch nach kurzer Betriebszeit schnell. Bei guter Behandlung kann eine Nickel-Cadmium-Batterie 1.000 Zyklen oder mehr halten, bevor ihre Kapazität unter die Hälfte ihrer ursprünglichen Kapazität fällt.

Ein weiteres Problem ist das umgekehrte Laden, das aufgrund eines Fehlers des Benutzers auftritt oder wenn eine Batterie mit mehreren Zellen vollständig entladen ist. Eine umgekehrte Aufladung kann die Lebensdauer der Batterie verringern. Das Nebenprodukt der umgekehrten Aufladung ist Wasserstoffgas, das gefährlich sein kann.

Wenn sie nicht regelmäßig verwendet werden, neigen Dendriten dazu, sich in NiCad-Batterien zu entwickeln. Dendriten sind dünne, leitfähige Kristalle, die zwischen Elektroden die Trennmembran durchdringen können. Dies führt zu internen Kurzschlüssen und zu vorzeitigem Ausfall.

Lithium-Ionen-Batterien sind wartungsarm. Sie können aufgeladen werden, bevor sie vollständig entladen sind, ohne einen „Memory-Effekt“ zu erzeugen, und arbeiten in einem größeren Temperaturbereich. Im Vergleich zu Ni-Cd beträgt die Selbstentladung in Lithium-Ionen weniger als die Hälfte, wodurch sie sich gut für moderne Anwendungen der Kraftstoffanzeige eignet. Der einzige Nachteil ist, dass der Lithium-Ionen-Akku empfindlich ist und eine Schutzschaltung benötigt, um einen sicheren Betrieb zu gewährleisten. Die Schutzschaltung ist in jedes Pack eingebaut, wodurch die Spitzenspannung jeder Zelle während des Ladens begrenzt wird und die Zellspannung bei der Entladung nicht zu stark absinkt. Um extreme Temperaturen zu vermeiden, wird auch die Zelltemperatur überwacht.

Größen und Typen

Ni-Cd-Zellen sind von AAA bis D erhältlich und haben die gleiche Größe wie Alkalibatterien sowie mehrere Mehrzellengrößen. Neben Einzelzellen sind sie in Packungen mit bis zu 300 Zellen erhältlich, die üblicherweise in Automobil- und Industrieanwendungen eingesetzt werden. Für tragbare Anwendungen liegt die Anzahl der Zellen unter 18 Zellen. Es gibt zwei Arten von NiCd-Batterien: versiegelt und entlüftet.

Li-Ion-Batterien sind kleiner, leichter und liefern mehr Energie als Nickel-Cadmium-Batterien. Sie sind auch in einer Vielzahl von Formen und Größen in 4 verschiedenen Formaten erhältlich:

• Kleinzylinder (fester Körper ohne Anschlüsse, wie sie in Laptop-Akkus verwendet werden)
• Große zylindrische (massiver Körper mit großen Gewindeanschlüssen)
• Tasche (weicher, flacher Körper, wie er in Mobiltelefonen verwendet wird)
• Prismatisch (halbharter Kunststoffkoffer mit großen Gewindeanschlüssen, der häufig in Fahrzeug-Traktionspaketen verwendet wird)

Die Beutelzellen haben die höchste Energiedichte, da keine Gehäuse vorhanden sind. Es erfordert jedoch eine gewisse äußere Eindämmung, um eine Expansion zu verhindern, wenn der Ladezustand (State of Charge, SOC) hoch ist.

Anwendungen

NiCad-Akkus können zu Akkupacks zusammengebaut oder einzeln verwendet werden. Kleine und Miniaturzellen können in Taschenlampen, tragbaren Elektronikgeräten, Kameras und Spielzeugen verwendet werden. Sie können hohe Stoßströme mit relativ niedrigem Innenwiderstand liefern, was sie zu einer bevorzugten Wahl für ferngesteuerte elektrische Modellflugzeuge, Boote, Autos, schnurlose Elektrowerkzeuge und Kamerablitze macht. Größere überflutete Zellen werden für Startvorrichtungen von Flugzeugen, für Elektrofahrzeuge und für Standby-Energie verwendet.

Mit Qualitäten wie hohen Energiedichten, keinem Memory-Effekt und einem langsamen Ladungsverlust bei Nichtgebrauch sind Lithium-Ionen-Batterien die beliebteste Wahl in der Unterhaltungselektronik. Sie erfreuen sich auch zunehmender Beliebtheit für Anwendungen in den Bereichen Militär, Elektrofahrzeuge und Luft- und Raumfahrt.

Verweise

• http://support.radioshack.com/support_tutorials/batteries/bt-liion-main.htm
• http://en.wikipedia.org/wiki/Nickel-cadmium_battery
• http://en.wikipedia.org/wiki/Lithium-ion_battery