AkkumulatorEin Akku bzw. Akkumulator (lateinisch Sammler, Plural: Akkus oder Akkumulatoren) ist ein wiederaufladbarer Speicher für elektrische Energie auf elektrochemischer Basis, und damit eine Ausführungsform galvanischer Zellen. Akkumulatoren können miteinander kombiniert werden, und zwar entweder in Reihenschaltung zur Steigerung der nutzbaren elektrischen Spannung, oder aber parallel zur Steigerung der nutzbaren Stromstärke. Da Akkumulatoren aus verschiedenen praktischen Gründen für geringe Spannungen und durchaus große Stromstärken ausgelegt sind, wird häufiger die Reihenschaltung angewandt (siehe Autobatterie, sechs Zellen in Reihe). 
AbgrenzungenBatterieDa der Begriff der Batterie nicht zwangsläufig eine Zusammenschaltung der nicht wiederaufladbaren „Primärzellen“ meint, sondern im derzeitigen deutschen Sprachgebrauch als Oberbegriff fungiert, ist die sprachliche Abgrenzung der Begriffe Batterie und Akku unscharf – es wird also oft von „Batterien“ gesprochen, wenn eigentlich Akkumulatoren (Sekundärzellen) gemeint sind. Dies wird auch dadurch unterstützt, dass beide Zellentypen in untereinander austauschbaren Baugrößen auf dem Markt sind und es für sie in der englischen Sprache nur den einen Begriff battery gibt, im Fall von Akkuzellen zu rechargeable batteries (englisch für ‚wiederaufladbare Batterien‘) erweitert. Elektrische Verbraucher, die mit Primär–, aber auch Sekundärzellen betrieben werden können, werden deshalb oft einfach nur batteriebetrieben genannt, und nur dann, wenn im täglichen Umgang mit dem Gerät die Wiederaufladbarkeit der Stromquelle eine besondere Rolle spielen soll, auch akkubetrieben. In der Schweiz wird der Begriff Akkumulator nur für große Zellen (Hobbygeräte wie Bohrmaschine, etc.) verwendet, die im Supermarkt erhältlichen werden ausschließlich als „wiederaufladbare Batterien“ bezeichnet. Im technisch-/wissenschaftlichen Rahmen wird durch die Dominanz des Englischen immer mehr von „Batterien“ (mit dem Zusatz wiederaufladbar oder sekundär) gesprochen. KondensatorKondensatoren speichern ebenfalls elektrische Energie, doch nicht in chemischer Form, sondern in einem elektrischen Feld zwischen den Kondensatorplatten. Die Energiedichte ist dabei wesentlich geringer als die von Akkumulatoren (oder Batterien) vergleichbarer Größe. Da die Ladung in einem elektrischen Feld vorliegt und nicht an chemische Redoxreaktionen gebunden ist, kann sie dafür (bei geringem Serienwiderstand bzw. geringer Impedanz) sehr schnell vom Kondensator aufgenommen und anschließend wieder abgegeben werden. Ebenso bewirkt die Abwesenheit chemischer Prozesse, dass Kondensatoren im Vergleich zu den meisten Akkumulatoren sehr viel häufiger, einfache Kondensatoren sogar praktisch unbegrenzt oft geladen und wieder entladen werden können. Kondensatoren eignen sich somit besonders für Anwendungen, die wiederholt kurzzeitig hohe Ladungs-Änderungen erfordern. Die meisten Kondensatoren sind dabei polungs-ungerichtet, während bei Elektrolyt- und Doppelschichtkondensatoren – so wie bei Akkumulatoren – stets auf die korrekte Polung zu achten ist. GeschichteDie erste Vorform eines Akkumulators, der – im Gegensatz zu den Zellen von Alessandro Volta – nach der Entladung wieder aufladbar war, wurde schon 1803 von Johann Wilhelm Ritter gebaut, der wohl bekannteste Akkutyp dagegen, der Bleiakkumulator, erst in den Jahren 1850-1886 entwickelt worden ist. TechnologieFunktionsweiseIn einem Akkumulator wird beim Aufladen elektrische Energie in chemische Energie gewandelt. Wird ein Verbraucher angeschlossen, so wird die chemische Energie wieder in elektrische Energie zurück gewandelt (siehe dazu: Galvanische Zelle). Die für eine elektrochemische Zelle typische elektrische Nennspannung, der Wirkungsgrad und die Energiedichte hängen von der Art der verwendeten Materialien ab. Energiedichte und Wirkungsgrad Für viele Anwendungen, insbesondere für mobile Geräte wie Hörgeräte oder auch Fahrzeuge, ist die Energiedichte wichtig. Je höher diese ist, desto mehr Energie kann in einem Akku je Masseneinheit gespeichert werden. Bei identischer Temperatur weisen Akkumulatoren (Sekundärzellen) ca. ein Viertel bis Hälfte der Energiedichte gegenüber Primärzellen auf. Bei 30 °C liegen übliche Akkumulatoren unter bzw. um 200 Wh/kg, während Primärzellen Werte um 400 Wh/kg wie die Zink-Luft-Batterie erreichen. Eine Ausnahme stellen Prototypen wie der Lithium-Schwefel-Akkumulator dar. Oft sind Akkus mit besonders hoher Energiedichte überproportional teuer oder weisen auch andere nachteilige Eigenschaften auf, insbesondere eine beschränkte Lebensdauer. So kosten Bleiakkus typischerweise 100 €/kWh; Li-Ion-Akkus hingegen typischerweise 1000 €/kWh. Beim Aufladen und Entladen von Akkumulatoren wird Wärme freigesetzt, wodurch ein Teil der zum Aufladen aufgewandten Energie verloren geht. Das Verhältnis der entnehmbaren zu der beim Laden aufzuwendenden Energie wird als Ladewirkungsgrad bezeichnet. Generell sinkt der Ladewirkungsgrad sowohl durch Schnellladung als auch durch schnelle Entladung, da die Verluste am Innenwiderstand zunehmen.
Ein Vergleich zur Speicherung elektrischer Energie zeigt die Vor- und Nachteile von Akkus gegenüber anderen Speicherverfahren. Ladungsmenge (Kapazität) Die Ladungsmenge, die ein Akkumulator speichern kann, wird in Amperestunden (Ah) angegeben und als „Kapazität“ (Nennkapazität) bezeichnet. Diese darf nicht verwechselt werden mit der Kapazität eines Kondensators, die in Amperesekunde pro Volt (As/V) definiert ist und in der Einheit Farad (F) angegeben wird. Selbstentladung – empfohlene LagerungWird ein Akku nicht verwendet, so verliert er über die Zeit einen Teil seiner gespeicherten Energie. Diesen Vorgang nennt man Selbstentladung. Das Maß der Selbstentladung hängt von Typ und Alter des Akkus sowie von der Lagertemperatur ab. Für die Lagerung von Akkus wird meistens folgendes empfohlen: (Hinweis: Der Ladezustand ist relativ gesehen zur Entladeschlussspannung. Das heißt, wenn ein Akku einen Ladezustand von 0 % aufweist, dann ist damit gemeint, dass er seine Entladeschlussspannung erreicht hat, bei NiCd- und NiMH-Akkus liegt diese z. B. bei 0,9 V bzw. 1,0 V.)
Sanyo hat im August 2006 einen modifizierten NiMH-Akku namens Eneloop auf dem Markt gebracht, der einer Selbstentladung von lediglich 15 % pro Jahr unterliegt. Es handelt sich hierbei um sogenannte LSD-Akkus (Low Self Discharge), die aufgrund ihrer geringen Selbstentladung als bereits vorgeladene Akkus verkauft werden und daher im Gegensatz zu herkömmlichen Akkus vor der ersten Benutzung durch den Käufer nicht aufgeladen werden müssen. Ähnliche Akkus haben Conrad Electronic unter dem Namen Endurance, Ansmann unter dem Namen maxE, XCell unter dem Namen Innovate, Uniross unter dem Namen Hybrio, GP unter dem Namen Recyko, Panasonic unter dem Namen Infinium und Varta unter dem Namen Ready2Use herausgebracht. Auch hierbei soll es sich um modifizierte NiMH-Akkus handeln, die problemlos mit jedem NiMH-Ladegerät geladen werden können. Alle Angaben zur Selbstentladung beziehen sich auf Raumtemperatur. Akkumulatortypen Die Akkumulatortypen[4] werden nach den verwendeten Materialien bezeichnet:
VerwendungEinsatzgebieteAkkumulatoren werden oft verwendet, wenn ein elektrisches oder elektronisches Gerät ohne dauerhafte Verbindung zum festen Stromnetz oder zu einem Generator betrieben werden soll. Da sie teurer sind als nicht wiederaufladbare Primärbatterien, kommen sie vor allem in solchen Geräten zum Einsatz, die regelmäßig benutzt werden und einen nicht vernachlässigbaren Strombedarf haben, wie in Mobiltelefonen, Laptops oder Akkuwerkzeugen. Auch in Kraftfahrzeugen dient ein Akku in Form der Starterbatterie dazu, Strom für Licht, Bordelektronik und vor allem den Anlasser zum Starten des Verbrennungsmotors zu liefern, bis der Motor läuft. Dann wird der Akku über die als Generator arbeitende Lichtmaschine wieder aufgeladen. Ähnliches gilt für Schiffe und Flugzeuge. Akkus kommen auch zum Einsatz, um Schwankungen bei der regenerativen Erzeugung von Strom mit Wind und/oder Sonne auszugleichen, wenn sich eine abgelegene Verbrauchsstelle nicht oder nur zu unverhältnismäßig hohen Kosten an das Stromnetz anschließen lässt. Oft sind solche Verbrauchsstellen zusätzlich noch mit einem Notstromaggregat ausgerüstet, das einspringt, bevor die Ladung der Akkus z. B. nach mehrtägiger Windstille komplett zur Neige geht. Beispiele für solche Installationen sind nicht nur abgelegene Hütten, Mobilfunk-Basisstationen in wenig entwickelten Regionen oder Weltraum-Satelliten, sondern zum Beispiel auch viele Parkscheinautomaten, bei denen ein Anschluss an das Stromnetz teurer wäre als die Installation von Solarzelle und Akkumulator. Ein Gebiet, das sich aktuell in der Entwicklung befindet, ist der elektrische Antrieb von Kraftfahrzeugen, Schiffen oder gar kleinen Flugzeugen, deren Akkus zur Unterscheidung von bloßen Starterbatterien dann als Traktions-Akkumulatoren bezeichnet werden. Konventionelle U-Boot-Antriebe bestehen aus Dieselmotoren (Fahren und Laden der Akkumulatoren bei nicht getauchter Fahrt) und mit Akkumulatoren betriebenen Elektromotoren (Tauchfahrten). Akkumulatoren dienen in Systemen zur unterbrechungsfreien Stromversorgung (USV) auch zur kurz- bis mittelfristigen Überbrückung von Ausfällen der stationären Energieversorgung. Wichtige Bereiche, die es mit einer Notstromversorgung abzusichern gilt, sind z. B. Rechenzentren, Alarmsysteme und lebenserhaltende Systeme in Krankenhäusern. Werden hohe Leistungen benötigt oder sind längere Zeiträume zu überbrücken, wird noch ein Dieselgenerator zusätzlich installiert; die Akkus übernehmen dann die Versorgung nur so lange, wie der Dieselgenerator zum Anspringen und Erreichen der Nenndrehzahl benötigt. Falls die so zu überbrückende Zeit nur kurz ist, können dafür auch andere Systeme als Akkumulatoren eingesetzt werden, insbesondere auf der Basis von Schwungmassen oder gar Kondensatoren. AuswahlkriterienKriterien für die Auswahl eines Akkumulatortyps für eine bestimmte Anwendung sind unter anderem:
Aus der Anwendung der oben genannten Kriterien ergeben sich für jeden Akkutyp einige typische Anwendungsgebiete, wobei insbesondere bei NiCd-, NiMH- und Li-Ion-Akkus die Übergänge fließend sind:
Als alternative Strom-Spender werden Brennstoffzellen-Systeme im Zusammenhang mit Wasserstoff als Energieträger diskutiert. Brennstoffzellen erzeugen bei Wasserstoff-Zufuhr elektrische Energie. Bei Vergleichen mit Akkumulatoren muss auch das Gewicht des Treibstoff-Behälters (Wasserstoff-Flaschen) berücksichtigt werden. Zu vergleichen sind korrekterweise Gewicht und Raumbedarf des Brennstoffzellen-Systems einschließlich Treibstoff und Behälter mit dem (voll aufgeladenen) Akku. Konkurrierende Energiespeicher sind auch Hydraulikspeicher sowie elektrochemische Zellen wie die Redox-Flow-Zelle. Literatur
Weblinks Wiktionary: Akkumulator – Bedeutungserklärungen, Wortherkunft, Synonyme, Übersetzungen Wiktionary: Akku – Bedeutungserklärungen, Wortherkunft, Synonyme, Übersetzungen
Einzelnachweise
 Primärzellen:
Alkali-Mangan-Batterie |
Lithiumbatterie |
Lithium-Eisensulfid-Batterie |
Lithium-Mangandioxid-Batterie |
Lithium-Thionylchlorid-Batterie |
Lithium-Schwefeldioxid-Batterie |
Lithium-Kohlenstoffmonofluorid-Batterie |
Nickel-Oxyhydroxid-Batterie |
Quecksilberoxid-Zink-Batterie |
Silberoxid-Zink-Batterie |
Zink-Braunstein-Zelle |
Zinkchlorid-Batterie |
Zink-Luft-Batterie
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