Power ohne Ende

Entwicklungsstand und Zukunftsperspektiven in der Akkutechnologie

Der Trend zu wiederaufladbaren Akkuzellen hält ungebrochen an. Die Entwicklung sowohl der Akku- als auch der Werkzeugtechnologie ist mittlerweile so weit fortgeschritten, dass der Einsatz von kabellosen Geräten auch unter wirtschaftlichen Gesichtspunkten sinnvoll ist. Die Vorteile liegen auf der Hand: Arbeitserleichterung durch variable, netzunabhängige Handhabung sowie die Reduzierung von Unfallrisiken dank Verzicht auf das häufig störende Kabel.

Im Laufe der Jahre wurde stetig versucht, Leistung und Laufzeit von Akku-Maschinen zu verbessern. Heute sind zwar noch Geräte mit Leistungen von 3,6 bzw. 7,2 Volt im Handel verfügbar, so richtig interessant für den professionellen Einsatz wird es allerdings erst ab 9,6 Volt. Markenanbieter führen mittlerweile neben 12 und 14,4-Volt- sogar 18-Volt-Maschinen im Programm.

Dynamischer Energiefluss

Dass Akku-Maschinen in solche Leistungsdimensionen vorstoßen, hängt - neben dem Fortschritt in der Motorentechnik - mit der Entwicklung der Akku-Technologie zusammen. Beim Stromfluss aus einem aufgeladenen Akku in einen angeschlossenen Verbraucher - etwa den Motor eines Bohrschraubers - kommt es im Innern des galvanischen Elementes Akku zu einer chemischen Reaktion. Beim Ionenaustausch zwischen der positiv geladenen Anode und der negativ geladenen Kathode über die elektrisch leitende Flüssigkeit, den Elektrolyten, wird chemische in elektrische Energie umgewandelt. Im Unterschied zur Batterie ist dieser Prozess beim Akku auch umgekehrt möglich: die Energiequelle ist wiederaufladbar.

In den letzten Jahren hat sich der Nickel-Cadmium-Akku (NiCd-Akku) als Standard durchgesetzt. Bei dieser Akkutechnik besteht die Anode in geladenem Zustand aus Nickeloxyd-Hydroxyd, die Kathode aus reinem Cadmium, der Elektrolyt ist eine Kalilauge.

Der bei der Entladung im Innern des Akkus stattfindende chemische Prozess verändert den Oxydationszustand der Elektroden. Aus dem Nickeloxyd-Hydroxyd der Anode wird Nickel-Hydroxid, aus dem Cadmium der Kathode wird Cadmium-Hydroxyd. Bei der erneuten Ladung wird der Vorgang umgekehrt.

Immer höhere Kapazitäten

Da der Anwender immer mehr Leistung von seiner Maschine erwartet, geht der Trend hin zu immer höheren Akku-Kapazitäten. Lag vor einigen Jahren die Standard-Akku-Kapazität noch zwischen 1,2 und 1,7 Amperestunden (Ah), so verfügt die Premiumklasse dieser Werkzeuge heute über 2,0 Ah-Akkus. Ermöglicht wird diese Leistungssteigerung durch die industrielle Produktion immer reinerer Materialien sowie durch eine Optimierung der Herstellungsprozesse.

Die Kapazitäts-Obergrenze von NiCd-Akkus liegt bei 2,0 Amperestunden. Eine Steigerung auf diesem Sektor erforderte einen weiteren Dimensionssprung in der Akku-Technologie - dieser ist mit der Entwicklung des Nickel-Metall-Hydrid-Akku, Kurzbezeichnung NiMH, gelungen. Der neue Akkutyp ist leistungsfähiger und zudem umweltfreundlicher als sein NiCd-Pendant. Zur Marktreife entwickelt wurde er von Anbietern wie Panasonic, Sanyo oder Energizer.

Vorteile

Wo liegen die Vorteile für den professionellen Werkzeuganwender?

Dem altbewährten Nickel steht nun ein Aluminium-Hydrid, also eine Wasserstoffverbindung, als Elektrode gegenüber. Die NiMH-Technik erlaubt bei gleicher Baugröße und gleichem Gewicht wie NiCd-Akkus eine Zellenkapazität von 3,0 statt 2,0 Ah. Das Resultat: Eine deutliche Leistungssteigerung des Akkus. Dies ermöglicht aber auch, Maschinen bei gleicher Kapazität leichter und kompakter zu bauen.

Weitere Vorteile: eine höhere Anzahl möglicher Ladezyklen sowie eine problemlose Entsorgung, denn die Stoffe lassen sich besser trennen, und schädliche Reststoffe fallen nicht an.

Die neuen Akkus sind für die Voltklassen von 9,2 bis 18,0 V geeignet. Ein Wermutstropfen ist der Preis, denn die NiMH-Akkus sind derzeit teurer als bisherige Standard-Akkus.

Schnelle Aufladung

Um ein Akku-Werkzeug wirtschaftlich einsetzen zu können, muss die schnelle Aufladung des Akkus gewährleistet sein. Intelligente Schnellladegeräte verhelfen einem Akku heute innerhalb von 15 Minuten wieder zur vollen Kapazität. Bei solch extrem schneller Wiederaufladung muss sichergestellt sein, dass es zu keiner Überladung und damit zur Schädigung oder gar Zerstörung des Akkus kommt. Deshalb werden die Parameter Ladestrom und Ladespannung ständig kontrolliert. Dafür sorgt eine computergesteuerte Ladeelektronik. Diese überwacht nicht nur den Ladevorgang, sondern steuert auch die selbsttätige Umschaltung auf Erhaltungsladung.

Außerdem sorgt die Elektronik dafür, daß der beim Betrieb von NiCd-Akkus mögliche Memory-Effekt auf ein Minimum reduziert wird. Dabei handelt es sich um einen scheinbaren Kapazitätsverlust des Akkus. Er tritt auf, wenn ein Akku zu selten gefordert wird, wenn er zu schwach und zu langsam geladen oder zu häufig nur teilweise entladen wird. Im Innern des Akkus kommt es dabei zur Bildung zu großer Kristallstrukturen, die dadurch in ihrer chemischen Reaktionsfähigkeit stark eingeschränkt sind. Der Akku ist nicht mehr in der Lage, seine Energie abzugeben. Durch die vollständige Entladung und den damit verbundenen Abbau der Kristallstrukturen wird der Akku wieder voll leistungs- und funktionsfähig. Bei anschließender Wiederaufladung steht die ursprüngliche Kapazität weitgehend wieder zur Verfügung.

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