Lebensdauer von Li-Ion Akkus

[The_Driver]

Gestern habe ich mir ein hoch interessantes Video zum Thema Langlebigkeit von Li-Ion Akkus in Autos angeschaut:
Video:

Kann ich nur empfehlen!
Die Leute in der Universität dort haben hoch-präzise Ladegeräte entwickelt, welche die geladene und entladene Kapazität von Akkus mit extremer Genauigkeit messen können. Das ist wichtig, weil sie dadurch innerhalb von wenigen Zyklen Veränderungen in den Akkus messen können, die man sonst nur sieht, wenn man die Akkus bis zum Ausfall testet. Dadurch kann man viel schneller neue Prototypen testen und die Akkus schneller weiterentwickeln.

Coulomb-Effizienz CE = Qd/Qc
Entladener Strom Qd = I * td (Strom mal Zeit)
Geladener Strom Qc = I * tc (Strom mal Zeit)
Coulomb-Ineffizienz = 1-CE
Eine direkte Korrelation zur möglichen Zyklenzahl eines Akkus besteht, wenn man den Wert 1/(1-CE) nimmt.

Außerdem haben sie sinnvolle Parameter für die Akkutests entwickelt. Da heißt vor allem, dass sie auch mal langsamer ge- & entladen haben. Die Akkuhersteller testen nämlich oftmals nur die Lebensdauer bei hohen Strömen, also hunderte Zyklen innerhalb von 30 Tagen. Für Elektroautos ist das aber unrealistisch, da sich heraus gestellt hat, dass die Zeit die eine Zelle bei voll aufgeladener Spannung (also >4V) verbringt kritisch ist! Das wissen natürlich viele hier schon, aber wie kritisch es tatsächlich ist, wissen wahrscheinlich die wenigsten. Hieraus kann man z.B. schlussfolgern, dass es sehr schlecht ist sein Handy nachts aufzuladen. Dadurch verbringt es nämlich die halbe bis ganze Nacht bei 4,2 oder sogar 4,3V, was sehr schädigend ist! Sicherlich ein Grund, warum die Kapazität bereits nach 2 Jahren stark nachlässt.

Jetzt fragt man sich natürlich, wie man die Coulomb-Effizienz und die Zyklenzahl verbessern kann. Das geht über Additive zur Elektrolytflüssigkeit. Wichtig ist, dass man nicht nur einzelne Additive ausprobiert, sondern mehrere in Kombination. Das ist etwas was die Akkuhersteller noch nicht ausreichend getan haben. Mit 5 Additiven in der richtigen Kombination kriegt man es jetzt schon hin die Coulomb-Effizienz auf das 20-fache zu verbessern gegenüber gar keinen Additiven.

Es hat sich außerdem herausgestellt, dass man mit LiCoO2-Zellen die höchste Lebensdauer erreichen kann. Besser noch als mit Li(NiMnCo)O2, LiFePO4 und LiMn2O2.

Was man außerdem nicht machen darf, ist die Akkus warm werden zu lassen, da sich die Coulom-Effizienz sonst verschlechtert. In warmen Gegenden ist das in Bezug auf Autos sehr wichtig. Die fehlende Temperaturüberwachung & -regelung im Nissan Leaf führte zu einer sehr schnellen Kapazitätsverringerung (über 27,5% Kapazitätsverlust in den ersten 1 bis 2 Jahren) der eingebauten Zellen bei Autos, die im südlichen Kalifornien und in Arizona benutzt wurden. Es half auch nicht, dass sie nicht die optimale Zellchemie benutzen (Li(NiMnCo)O2 und LiMn2O2). Details findet man in der Class Action Complaint, die einige Besitzer in diesen Gegenden gestellt haben.

Als positives Beispiel gilt natürlich der Tesla Model S. Dort werden LiCoO2-Zellen benutzt, dauerhaft überwacht und bei Bedarf aktiv gekühlt!

 

[Tekas]

Super Vortrag, Danke für den Link.

...Hieraus kann man z.B. schlussfolgern, dass es sehr schlecht ist sein Handy nachts aufzuladen. Dadurch verbringt es nämlich die halbe bis ganze Nacht bei 4,2 oder sogar 4,3V, was sehr schädigend ist!...

...Was man außerdem nicht machen darf, ist die Akkus warm werden zu lassen.

Deshalb empfiehlt er als Praxistipp ja auch (scherzhaft), das Telefon über Nacht in den Kühlschrank zu legen, was darüber hinaus den Vorteil bietet, dass man dann seine Ruhe hat.

 

[habichtfreak]

gut das du es zusammengefasst hast. über eine stunde englisch wäre jetzt nicht so mein fall gewesen .

grundsätzlich finde ich es ja gut, dass geforscht wird. auf der anderen seite muss ich sagen, in den letzten 20 jahren hat sich die energiedichte von akkus um den faktor 3,4 erhöht. man stelle sich vor, pcs von vor 20 jahren wären heute nur 4x so schnell. mir stellt sich die frage, beißen wir uns an dem fest was wir haben und wollen es auf teufel komm raus um 5% verbessern? oder sollten wir mal querdenken um wirklich einen sprung zu machen. aber das nur am rande.

was die langlebigkeit angeht, da sehe ich nicht immer ein problem. ich staune bauklötzer wie häufig leute die ich kenne ein neues smartie haben. niemand hat das so lange, dass es stören würde, dass der akku fest verbaut ist. dann hat der eben nur noch 80% der kapazität wenn ein neues kommt. merken tun das die meisten nicht. bei autos, mhhhh. ein nieschenprodukt, dass sich nicht mal durchsetzen würde, wenn morgen das öl alle ist. notebooks, da beoachte ich den kapazitätsverlust auch sehr häufig. ich hab einen lenovo t440. die akkus haben 48wh (2x24wh) und nach weniger als 5 zyklen ist die kapazität schon auf 45wh gesunken (mit entsprechender software kann man das auslesen). das finde ich echt erschreckend. vllt liegt es daran, dass ich ihn immer voll in die ecke gelegt habe. vllt wäre es ja mal eine idee, die akkus nur bis 4,0V zu laden. dann verlieren wir zwar einen kleinen teil kapazität, erhöhen aber die lebensdauer. meines wissen nach, geschieht mit den 4,35V akkus aber genau das gegenteil. maximale kapazität, egal was es kostet.

 

[The_Driver]

Normalerweise wachsen technische Dinge ja exponentiell (oder werden dementsprechend günstiger). Vielleicht sind wir bei Akkus noch ganz am Anfang der Entwicklungskurve und werden in einigen Jahren (oder Jahrzehnten) erst richtig große Sprünge erleben.

Dass die echte Kapazität von Notebookakkus so schnell abnimmt ist aber eigentlich eher unwahrscheinlich. Da stellt die Frage wie präzise die Software misst.

Dass die meisten Leute ihr Smartphone nur 2 Jahre benutzen ist natürlich klar. Deswegen ist die Problematik hier nicht so wichtig. Wer seins länger benutzen will, sollte sich eins mit austauschbaren Akkus kaufen. Solche Akkus kosten ja meistens nicht viel.

Generell ist bei Laptops und gerade bei Smartphones das Problem, dass man meistens auch wirklich die komplette Akkukapazität benötigt (jedenfalls machen viele Leute ihre Geräte gerne ganz leer, bevor sie sie wieder aufladen). Das verkürzt die Lebensdauer der Akkus ebenfalls enorm.

Bei Autos ist es ja anders. Da will man 500km Reichweite, braucht aber meistens nur 50.

 

[habichtfreak]

Dass die echte Kapazität von Notebookakkus so schnell abnimmt ist aber eigentlich eher unwahrscheinlich. Da stellt die Frage wie präzise die Software misst.

also auf den akkus steht je 24wh. die software ist seit der ersten betriebsstunde drauf und hat anfangs 47,970mwh angezeigt. entweder kann es verdammt gut raten, oder ist clever. einfach mal selber ausprobieren. besonders beim kauf von gebrauchten geräten ist diese aussage sehr viel mehr wert als "der akku hält noch gut 2h durch".

 

[Blinkybill]

Ich denke so intelligente Akkuwartung ist wichtig,
die Lebensdauer sollte allein wegen Ressourcenschonung schon möglichst lang sein.

Klar in vermeintlichen Wegwerfakkus bei Telefonen ist das weder ein Kostenfaktor noch nen Beinbrauch weil der Rest der Technik auch Schrott ist oder veraltet und langweilig ist.

Aber große Akkupakete wie im Auto kosten z.B. für nen Prius 2500,- und man will die Einbaukosten auch nicht alle paar Jahre tragen.
Wobei ich letztens nen 1. Serie Toyota Prius anno 2001 gesehen hab, der noch mit erstem Akku elektrisch fuhr. Die werden ggf. schon anders mit den, in dem Fall NiMH, Akkus umgehen als nen Heimnutzer der den dauernd leersaugt. Ich meine die Zyklen sind auch nur teilbe- und entladen.

Und in Zeiten von Wind- /Solarstrom sind Stromspeicher auch ne wichtige Technologie die eher 10-15 Jahre halten sollte.

 

[Heinrich]

ich hab einen lenovo t440. die akkus haben 48wh (2x24wh) und nach weniger als 5 zyklen ist die kapazität schon auf 45wh gesunken (mit entsprechender software kann man das auslesen). das finde ich echt erschreckend. vllt liegt es daran, dass ich ihn immer voll in die ecke gelegt habe.

Da wäre jetzt natürlich die Zeit interessant, wie lange die voll in der Ecke gelegen haben, denn nach 5 Zyklen ein Kapazitätsverlust von mehr als 5% ist nicht in Ordnung.

vllt wäre es ja mal eine idee, die akkus nur bis 4,0V zu laden. dann verlieren wir zwar einen kleinen teil kapazität, erhöhen aber die lebensdauer. meines wissen nach, geschieht mit den 4,35V akkus aber genau das gegenteil. maximale kapazität, egal was es kostet.

Jein, Du könntest z.B. die 4,35V Akkus auch nehmen und als 4,2V Akkus verkaufen dann mit 1000 Zyklen statt 300 verkaufen hier hat Rutzki37 das mal erklärt. Scheint aber so zu sein das ein mehr am Kapazität die Leute mehr zum kaufen bewegt als andere Vorzüge.

mfg

 

[peter_tn30]

AW: Lebensdauer von Li-Ion Akkus

Ich habe schon seit ein paar Jahren folgendes Buch (nicht nur für Lithium-Akkus) das sehr breit alle Themen zu Chemie, Alterung, Ladetechnik etc abdeckt:
Moderne Akkumulatoren richtig einsetzen

Es ist gut geschrieben und kann auch als Nachschlagewerk verwendet werden.

Ein gutes Batteriemanagementsystem hält die Akkus immer zwischen z.B. 20% und 80% und halt auch entsprechend kühl. Dann kann man z.B. auch mal 8 Jahre Garantie auf die Akkus im Elektroauto geben ....