Akkus So können Sie Akkus sicher und lange nutzen

Tipps für E-Bike-Akkus

• Reich­weite. Wer weit kommen will, sollte mit nied­riger Unterstüt­zung fahren und nur hoch­schalten, wenn es wirk­lich mal anstrengend wird.
• Lebens­dauer. Viele Pedelec-Anbieter geben die Lebens­dauer der Akkus mit 500 bis 1 000 Voll­ladezyklen an. Zur zyklischen Alterung kommt jedoch die kalendarische: Unabhängig von der Nutzung verlieren die Akku­zellen mit der Zeit Kapazität, einige Prozent Verlust pro Jahr sind möglich. Spätestens nach fünf Jahren ist daher oft ein Ersatz­akku fällig.
• Nicht leerfahren. Ein pfleglicher Umgang bedeutet für Pedelec-Akkus vor allem: Akku nicht leer fahren, sondern möglichst nach jeder Fahrt nach­laden. Solche Teilladungen schaden modernen Akkus nicht.
• Kontakte reinigen. Viele Fahr­rad-Akkus können abge­nommen werden. Die Kontakte zur Elektrik des Fahr­rads verschmutzen bei Regen und Schnee­matsch schnell, insbesondere bei den im Rahmen, also weit unten, montierten Akku­packs. Feuchtig­keit und Strom vertragen sich aber nicht: Halten Sie diese Kontakte sauber und trocken.
• Lagerung. Wird das Rad länger nicht genutzt, Akku vorher nach Gebrauchs­anleitung aufladen (meist auf 30 bis 60 Prozent) und trocken bei 10 bis 20 Grad Celsius lagern. Extreme Temperaturen schaden dem Akku. Sie sollten ihn daher nicht in der prallen Sonne am Pedelec lassen und im Winter nicht im kalten Schuppen lagern.

Probleme im Test: Brennender Kunststoff, lange Ladedauern

Bei einem Groß­teil der neueren E-Bike-Modelle und auch bei den Kandidaten in unseren E-Bike-Tests ist der Akku im Rahmen integriert – und so auch tendenziell besser geschützt. Dennoch hatten zwei E-Bikes im Test 2020 Probleme in der elektrischen Sicher­heits­prüfung: Die Stecker­gehäuse am Ladegerät beziehungs­weise Akku sind aus einem Kunststoff gefertigt, der – etwa bei einem Kurz­schluss der elektrischen Kontakte – in Flammen aufgehen und abbrennen kann. Damit schnitten beide Pedelecs mangelhaft ab.

Im aktuellsten E-Bike-Test 2022 stellten wir derartige Probleme nicht fest. Einige Akkus werden allerdings von unten ins Akkufach im Rahmen einge­setzt. Dadurch sind sie stärker Schmutz und Nässe ausgesetzt oder können schneller mal herab­fallen, was die Batterie­zellen schädigen kann.

Enorme Unterschiede haben wir auch bei den Lade­zeiten gemessen: Einige Modelle laden die Akkus nur mit einem Lade­strom von 2 Ampere. Auf einen vollen Akku muss man bei ihnen mehr als acht Stunden warten. Der größte Akku im Test war nach 2:40 Stunden voll – dank 6 Ampere Lade­strom.

So können Lithium-Akkus unter Stress geraten

Lithium-Akkus bieten eine hohe Leistung bei kompakter Bauweise. „In ein geringes Volumen wird viel elektrische Energie gepresst“, beschreibt Professor Roland Goertz das Prinzip. Er ist Experte für chemische Sicherheit und Brand­schutz an der Uni Wuppertal. Bei sachgerechter Hand­habung geht von Lithium-Ionen-Akkus kein außergewöhnliches Brandrisiko aus. „Es gibt aber drei Methoden, Lithium-Akkus zu stressen: ther­misch, mecha­nisch und elektrisch“, sagt Roland Goertz.

Defekte können auftreten

1. ther­misch: durch zu starke Hitze ab 60 Grad Celsius oder Kälte unter minus 10 Grad,
2. mecha­nisch: durch Stöße oder Risse sowie
3. elektrisch: durch Über­spannung.

Der Akku kann dann bis zu 1 000 Grad heiß werden und seine Energie unkontrollier­bar und explosions­artig abgeben, wie das Video Brennende Akkus vom Institut für Schaden­verhütung und Schaden­forschung veranschaulicht.

So verringern Sie das Risiko

• Kaufen Sie nur Originalakkus im Fach­handel und verwenden Sie ausschließ­lich Ladegeräte, die für den Akku oder das jeweilige Gerät vorgesehen sind.
• Verwenden Sie – soweit möglich – System­akkus. Damit verringern Sie die Anzahl an Akkus, die Sie lagern müssen – und damit auch das Risiko eines Brandes.
• Am besten laden Sie die Geräte außer­halb der Wohnung an einem trockenen Ort mit Brandmelder. Wenn das nicht geht: Bleiben Sie in der Nähe, wenn der Akku am Netz hängt, und laden Sie nicht, während Sie schlafen. Räumen Sie den Ladeort frei von Brenn­barem.
• Lassen Sie Lithium-Ionen-Akkus nicht herunter­fallen, schützen Sie sie vor starken Erschütterungen und Schlägen: Die Akkus können darauf empfindlich reagieren – ein explosiver Kurz­schluss droht.
• Vorsicht vor Hitze: Arbeiten Sie nicht mit akku­betriebenen Geräten bei starker Sonnen­einstrahlung und sehr heißen Umge­bungs­temperaturen. Lassen Sie Geräte mit Lithium-Ionen-Akkus nie in der prallen Sonne liegen.
• Verwenden Sie beschädigte Akkus niemals weiter. Kleben Sie die Pole ab und bringen Sie die Akkus zurück zum Fachhändler oder zum Wert­stoff­hof. Nie versenden!
• Wenn es doch mal brennt: Raus aus dem Zimmer und die Feuerwehr rufen! Nach dem Löschen lüften: Brennende Akkus können Dämpfe mit stark ätzenden und giftigen Substanzen freisetzen. Akkubrände draußen im Garten können Sie aus sicherer Distanz mit viel Wasser kühlen, bis die Feuerwehr eintrifft.
• Mehr Infos zu Akkubränden finden Sie auf der Website des Instituts für Schadenverhütung und Schadenforschung.

Batterie: mehrere Zellen zusammen­geschaltet

Einzelne Zellen werden auch zusammen­geschaltet, das addiert die Zell­spannung. In einem 9-Volt-Block etwa stecken sechs Zellen mit jeweils 1,5 Volt Zell­spannung. Daher rührt die Bezeichnung Batterie, die heute aber auch auf einzelne Zellen angewendet wird. Abge­sehen von der Frage „aufladbar oder nicht?“ unterscheiden sich die verschiedenen Zellen hinsicht­lich ihrer Energiedichte und wie sie zu behandeln sind. Mehr zum Thema in unserem Batterie-Ratgeber.

Wermuts­tropfen für die Elektromobilität: Kein Akku, keine Batterie erreicht auch nur annähernd die Energiedichte fossiler Brenn­stoffe. Diesel­kraft­stoff etwa hat einen Energiegehalt von rund 12 000 Watt­stunden pro Kilogramm, die beste Batterie kommt gerade mal auf 400 Watt­stunden pro Kilogramm. Akkus speichern (derzeit) noch weniger Kraft.

Von der Batterie zum Akku

Elektrischer Strom lässt Lampen leuchten und treibt Elektromotoren an. Batterien wie die Voltaʹsche Säule lieferten ihn schon vor mehr als 250 Jahren. Heute sind Alkali-Batterien (Alkaline) etwa als AA-Rund­zelle oder Zink-Luft-Batterien für Hörgeräte verbreitet. Vor fast 150 Jahren kamen nach­ladbare Akkumulatoren in Mode – etwa Bleiakkus, die noch heute als Starterbatterie in Fahr­zeugen mit Verbrennungs­motor stecken.

Die Suche nach kleinen, leichten und dennoch potenten Akkus führte schließ­lich zu den heute weit verbreiteten Lithium-Akkus. Der Grund liegt auf der Hand: Bei gleicher Betriebs­dauer wöge ein Smartphone mit Bleiakku wohl ein Kilogramm oder mehr.

Wann ist der Akku tot?

Akkus in Geräten für Endverbraucher wie Notebooks und Smartphones gelten dann als verbraucht, wenn sie nur noch 60 Prozent ihrer ursprüng­lichen Kapazität haben. Das ist beispiels­weise bei Lithium-Akkus nach drei bis fünf Jahren der Fall, selbst wenn sie in dieser Zeit unbe­nutzt sind. In Elektro­autos einge­setzte Akkus können aber noch viele Jahre nach ihrer Ausmusterung arbeiten: Etwa in Speicher­kraft­werken. Deren Betreiber setzen ausgemusterte Akkus ein und nutzen eben deren Rest­kapazität.

Lithium-Ion-Akku (Li-Ion)

Seit wann gibt es das? Diese seit Beginn der 1990er Jahre verfügbaren Akkus gibt es inzwischen in verschiedenen Varianten. Das ermöglicht maßgeschneiderte Lösungen: von der in eine beliebige Form gegossenen Variante bis zu Akku­zellen mit akzeptabler Leistung auch noch bei hohen oder aber tiefen Temperaturen oder mit besonders geringer Selbst­entladung.

Wie funk­tionieren sie? Die Energiedichte beträgt zwischen 130 und 200 Watt, die Zell­spannung 3,6 bis 3,8 Volt. Die Zahl der möglichen Lade­zyklen liegt zwischen 300 und 2 000, die Lebens­erwartung meist zwischen drei und fünf Jahren. Für 100 Watt­stunden entnommene Energie müssen beim Laden etwa 110 Watt einge­speist werden. Induktives Laden, beliebt etwa bei Smartphones und kabellosen Bluetooth­kopf­hörern, bringt zusätzliche Verluste – im Extremfall bis zu 80 Prozent.

Welche Materialien stecken drin? Für die Elektroden wird Lithium in Kombination mit einem anderen Material verwendet, oft Cobalt­dioxid, aber auch Mangandioxid, Eisenphosphat oder Zinn-Schwefel-Verbindungen. Vielfalt gibt es auch beim Elektrolyt. Das können Poly­mere sein, aber auch Salze wie Lithium­hexafluoro­phosphat.

Wo werden sie einge­setzt? Sie stecken in Smartphones und Notebooks, in E-Bikes, Powerstations, Hybrid- und Elektro-PKWs und in vielen Akku-Geräten für Haushalt und Garten.

Was ist zu beachten?

• Lassen Sie Li-Ion-Akkus nicht herunter­fallen, schützen Sie sie und die Geräte, in denen sie stecken, vor starken Erschütterungen und Schlägen: Viele Li-Ion-Akku­typen reagieren darauf empfindlich – ein explosiver Kurz­schluss droht.
• Laden Sie Li-Ion-Akkus nur mit einem passenden Ladegerät. Es minimiert den Akkustress beim Laden am besten, insbesondere bei hohen Umge­bungs­temperaturen.
• Lagern Sie Geräte mit Lithium-Akkus weder in der prallen Sonne noch bei Temperaturen unter dem Gefrier­punkt.

Bleiakku

Seit wann gibt es das? Der schon etwa 1880 entwickelte Bleiakku ist auch heute noch allgegen­wärtig.

Wie funk­tionieren sie? Die Energiedichte beträgt gerade mal 30 Watt­stunden pro Kilogramm, die Zell­spannung 2 Volt. Bleiakkus halten je nach Qualität und Belastung zwischen 2 und 15 Jahren, das entspricht rund 200 bis etwa 1 200 Lade­zyklen bei wöchentlicher Ladung. Der Lade­verlust beträgt etwa 20 Prozent: Für 100 Watt­stunden entnommene Energie müssen beim Laden etwa 120 Watt einge­speist werden.

Welche Materialien stecken drin? Die Elektroden bestehen aus Blei beziehungs­weise Blei­oxid, das Elektrolyt ist verdünnte Schwefelsäure.

Wo werden sie einge­setzt? Als Starterbatterie in Fahr­zeugen mit Verbrennungs­motor, in Gabel­staplern und Kleinfahr­zeugen als Energiequelle für den Elektromotor.

Was ist zu beachten?

• Die heute üblichen geschlossenen Blei-Gel(Vlies)-Akkus dürfen nicht über­laden werden, das dabei erzeugte Gas kann nicht entweichen, der Über­druck könnte das Akku­gehäuse sprengen.
• Bleiakkus mit einem Schraub­verschluss auf den Akku­zellen (offene Akkus) verlieren durch das Ausgasen Elektrolytflüssig­keit. Die muss mit destilliertem Wasser aufgefüllt werden.
• Tief­entladung unter 20 Prozent der Akku­kapazität ist zu vermeiden – das könnte den Akku unbrauch­bar machen. In Fahr­zeugen verhindert der Lader­egler das Tief- oder Über­laden. Er ist auf den vom Fahr­zeug­hersteller einge­bauten Akku abge­stimmt.

Nickel-Metall­hydrid-Akku (NiMH)

Seit wann gibt es das? Diese ab etwa 1980 gebräuchlichen Akkus lösten die inzwischen verbotenen, hoch­giftigen Nickel-Cadmium-Akkus ab. NiMH-Akkus sind eine Alternative zu Alkali-Batterien, sie werden ebenfalls in den üblichen Bauformen, etwa als Rund­batterie AA / AAA gehandelt.

Wie funk­tionieren sie? Die Energiedichte beträgt etwa 80 Watt­stunden pro Kilogramm, die Zell­spannung 1,2 Volt. Durch Selbst­entladung verlieren NiMH-Akkus am ersten Tag bis zu zehn Prozent ihrer Ladung und danach bis zu einem Prozent täglich. Seit etwa 2006 sind NiMH-Akkus mit geringer Selbst­entladung am Markt (vorgeladen, ready-to-use), die pro Jahr höchs­tens 15 Prozent ihrer Ladung verlieren. Sie speichern allerdings weniger Energie als Modelle mit hoher Selbst­entladung (bei einer AA-Zelle etwa 2 500 statt 3 000 Milli­ampere­stunden). NiMH-Akkus über­stehen 500 bis 1 000 Lade­zyklen, bei wöchentlicher Ladung halten sie bis zu 10 Jahre. Für 100 Watt­stunden entnommene Energie müssen beim Laden etwa 110 Watt einge­speist werden.

Welche Materialien stecken drin? Für die Elektroden kommen Nickel(II)-hydroxid und pulv­riges Metall­hydrid zu Einsatz. Das Elektrolyt ist eine verdünnte Kali­lauge.

Wo werden sie einge­setzt? NiMH-Akkus sind eine Alternative zu Alkali-Batterien. Wie diese stecken sie in port­ablen Radios, Taschen­lampen und etwa Funk­fern­steuerungen für Modell­fahr­zeuge.

Was ist zu beachten?

• NiMH-Akkus sind beim Abkühlen bereits wenige Grad ober­halb des Gefrier­punktes kaum noch brauch­bar, unter­halb von -10 Grad bricht ihre Leistungs­fähig­keit ein.
• In Geräte, bei denen mehrere NiMH-Akkus einge­legt werden, muss wirk­lich jede richtig einge­setzt sein und nicht etwa eine oder mehrere falsch: NiMH-Akkus können durch falsche Polung zerstört werden. Empfindlich reagieren sie auch auf Hitze, Über- und Unterladung.