Was ist der Unterschied in der Lebensdauer zwischen Blei-Säure-Batterien und Lithium-Ionen-Batterien?

Batterien haben sich stark weiterentwickelt. Heutzutage gibt es eine breite Palette an Batteriechemien, die auf die spezifischen Bedürfnisse der Benutzer zugeschnitten sind.

Bleisäure und Lithium-Ionen sind die beiden führenden wiederaufladbaren Batterietechnologien, wobei Li-Ionen langsam mehr Verantwortung übernehmen. Heute betrachten wir das Prinzip dieser Batterien und wie sie das Kundenerlebnis beeinflussen.

Das Prinzip der Blei-Säure-Batterie und der Lithium-Ionen-Batterie

Der erste Unterschied zwischen Blei-Säure- und Lithium-Ionen-Batterien ist ihr Funktionsprinzip. Hier ist eine Übersicht darüber, was jede Batterie bietet:

Das Prinzip der Blei-Säure-Batterie

Eine Blei-Säure-Batterie ist eine der ältesten Arten wiederaufladbarer Batterien. Sein Grundprinzip beruht auf der elektrochemischen Reaktion zwischen Blei, Bleidioxid und Schwefelsäure. Im entladenen Zustand enthält die Batterie eine positive Platte aus Bleidioxid und eine negative Platte aus Bleischwamm, die beide in eine Elektrolytlösung aus verdünnter Schwefelsäure getaucht sind.

Beim Laden der Batterie reagieren das Bleidioxid (an der positiven Platte) und der Bleischwamm (an der negativen Platte) mit der Schwefelsäure im Elektrolyten, was zur Bildung von Bleisulfat und Wasser führt. Bei der Entladung läuft der Vorgang umgekehrt ab. Bleisulfat und Wasser werden wieder in Bleidioxid, Bleischwamm und Schwefelsäure umgewandelt und setzen dabei elektrische Energie frei.

Diese Umwandlung zwischen chemischer Energie und elektrischer Energie ist es, die an die Batterie angeschlossene Geräte mit Strom versorgt. Mit der Zeit kann die wiederholte Bildung von Bleisulfat während des Ladezyklus zur Bildung stabiler Bleisulfatkristalle führen, ein Prozess namens Sulfatierung, der die Kapazität und Lebensdauer der Batterie verringert.

3,2 V 20 A Niedertemperatur-LiFePO4-Batteriezelle -40 ℃ 3 C Entladekapazität ≥ 70 % Ladetemperatur: -20 ~ 45 ℃ Entladetemperatur : -40 ~ + 55 ℃ Akupunkturtest bestehen -40 ℃ maximale Entladerate: 3 C

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Das Prinzip der Lithium-Ionen-Batterie

Lithium-Ionen-Batterien, die häufig in tragbaren Elektronikgeräten und Elektrofahrzeugen zu finden sind, basieren auf der Bewegung von Lithiumionen zwischen den positiven und negativen Elektroden. In ihrer einfachsten Form besteht eine Lithium-Ionen-Batterie aus einer positiven Elektrode (Kathode) aus einem Lithiummetalloxid, einer negativen Elektrode (Anode) aus Kohlenstoff (häufig Graphit) und einem Elektrolyten, der die Bewegung von Lithiumionen ermöglicht .

Während der Entladephase wandern Lithium-Ionen von der Anode zur Kathode und geben dabei Energie ab. Gleichzeitig werden Elektronen von der Anode freigesetzt und wandern durch den externen Stromkreis, um das angeschlossene Gerät mit Strom zu versorgen, bevor sie an der Kathode wieder in die Batterie gelangen.

Beim Laden ist der Vorgang umgekehrt: Lithium-Ionen wandern von der Kathode zurück zur Anode. Ein Separator innerhalb der Batterie sorgt dafür, dass die positiven und negativen Elektroden getrennt bleiben und verhindert so einen Kurzschluss. Einer der Hauptvorteile von Lithium-Ionen-Batterien ist ihre Fähigkeit, eine beträchtliche Energiemenge in einem relativ kleinen und leichten Paket zu speichern, wodurch sie sich besonders für moderne elektronische Geräte und Transportanforderungen eignen.

Einflussfaktoren auf die Batterielebensdauer

Beim Kauf einer Batterie ist es wichtig, eine zu finden, die die längste Lebensdauer bietet. Sie wollen etwas, das Ihnen lange dienen kann. Es gibt jedoch bestimmte Faktoren, die bestimmen, wie lange die Batterie hält. Sie beinhalten:

Entladetiefe (DoD): Die Batterielebensdauer hängt oft davon ab, wie tief eine Batterie in jedem Zyklus entladen wird. Flache Entladungen (die nur einen kleinen Teil der Batteriekapazität verbrauchen) können im Vergleich zu Tiefentladungen zu einer größeren Anzahl von Gesamtlebenszyklen führen.

Ladezyklen: Ein Ladezyklus bezieht sich auf den Vorgang, bei dem eine Batterie von 0 % auf 100 % aufgeladen wird. Batterien durchlaufen eine begrenzte Anzahl von Ladezyklen, bevor ihre Kapazität unter einen bestimmten Schwellenwert sinkt (üblicherweise 80 % der ursprünglichen Kapazität).

Hohe Energiedichte bei niedriger Temperatur Robuster Laptop-Polymer-Akku Batteriespezifikation: 11,1 V 7800 mAh -40℃ 0,2C Entladekapazität ≥80% Staubdicht, sturzsicher, korrosionsbeständig, elektromagnetische Interferenz

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Ladegeschwindigkeit: Wenn ein Akku zu schnell geladen wird, kann übermäßige Hitze entstehen, die die internen Komponenten des Akkus beschädigen und seine Gesamtlebensdauer verkürzen kann.

Temperatur: Extreme Temperaturen, sowohl heiß als auch kalt, können sich negativ auf die Leistung und Langlebigkeit einer Batterie auswirken. Bei hohen Temperaturen neigen Batterien dazu, sich schneller zu verschlechtern, während sehr kalte Temperaturen ihre Kapazität verringern können.

Überladung: Wenn ein Akku über einen längeren Zeitraum voll aufgeladen bleibt, kann dies zu einer Belastung und Leistungsfähigkeit des Akkus führen, insbesondere wenn er an ein Ladegerät angeschlossen bleibt, das ihn ständig auflädt.

Lagerbedingungen: Ideal ist es, einen Akku in teilweise geladenem Zustand (ca. 50 % bis 60 %) an einem kühlen, trockenen Ort zu lagern. Eine längere Lagerung bei vollständiger Entladung oder vollständiger Ladung kann den Zustand der Batterie beeinträchtigen.

Physischer Schaden: Wenn eine Batterie fallen gelassen wird oder sie physischen Erschütterungen ausgesetzt wird, können die internen Komponenten beschädigt werden, was möglicherweise zu einer verkürzten Lebensdauer oder sogar zum Ausfall führt.

Innenwiderstand: Im Laufe der Zeit kann sich der Innenwiderstand einer Batterie aufgrund chemischer Reaktionen innerhalb der Batterie erhöhen. Ein höherer Widerstand bedeutet, dass die Batterie härter arbeiten muss, was zu einer schnelleren Verschlechterung führen kann.

Batteriemanagementsystem (BMS): Moderne Batterien, insbesondere Lithium-Ionen-Batterien, verfügen häufig über ein BMS, das das Laden, Entladen und die Temperatur der Batterie überwacht und verwaltet. Ein gutes BMS kann die Lebensdauer einer Batterie erheblich beeinflussen und verlängern, indem es optimale Betriebsbedingungen gewährleistet.

Kurz gesagt, die Lebensdauer einer Batterie wird durch eine Kombination von Faktoren bestimmt, die mit ihrem Design, ihrer Verwendung und ihrer Umgebung zusammenhängen. Das Verstehen und Verwalten dieser Faktoren kann Benutzern dabei helfen, die Langlebigkeit und Leistung ihrer Batterien zu optimieren.

Lebensdauer von Blei-Säure-Batterien und Lithium-Ionen-Batterien

Der Lebenszyklus ist ein weiterer wichtiger Parameter, der die Funktionsweise von Batterien bestimmt. Folgendes berücksichtigen:

Blei-Säure-Batterien

Die Zyklenlebensdauer von Blei-Säure-Batterien hängt weitgehend von ihrem Design und der Entladetiefe (DoD) ab. Typischerweise haben Start-, Beleuchtungs- und Zündungs-Blei-Säure-Batterien (SLI), die häufig in Autos und Fahrzeugen zu finden sind, eine Zyklenlebensdauer von etwa 200–300 Zyklen bei 50 % DoD.

Das bedeutet, dass sie so oft bis zur Hälfte ihrer Kapazität entladen werden können, bevor ihre Gesamtkapazität deutlich abnimmt. Andererseits schneiden zyklenfeste Blei-Säure-Batterien, die für Anwendungen entwickelt wurden, bei denen eine Tiefentladung erforderlich ist, wie etwa bei der Speicherung von Solarenergie oder für den Einsatz auf See, mit einer Zyklenlebensdauer von 500 bis 1.000 Zyklen und einem DoD von 50 % besser ab.

Einige hochwertige zyklenfeste Blei-Säure-Batterien können diesen Bereich sogar überschreiten. Es ist zu beachten, dass eine wiederholte Entladung dieser Batterien über den vom DoD empfohlenen Wert hinaus ihre Lebensdauer erheblich verkürzen kann.

Lithium-Ionen-Batterien

Lithium-Ionen-Batterien sind im Vergleich zu vielen anderen Batterietypen für ihre längere Lebensdauer bekannt. Im Durchschnitt hat eine Lithium-Ionen-Batterie eine Zyklenlebensdauer von 1.000 bis 5.000 Zyklen bei 80 % DoD.

Das bedeutet, dass sie auch nach Tausenden von Lade- und Entladezyklen mindestens 80 % ihrer ursprünglichen Kapazität behalten. Die genaue Anzahl kann jedoch je nach der spezifischen Lithium-Ionen-Chemie und dem Design der Batterie variieren.

lithium-eisenphosphat-batterien (LiFePO4) haben beispielsweise tendenziell eine längere Lebensdauer als andere gängige Lithium-Ionen-Batterien. Durch die richtige Verwaltung, wie die Vermeidung von Tiefentladungen und extremen Laderaten, kann die Lebensdauer von Lithium-Ionen-Batterien weiter verlängert werden.

Abschluss

Während sowohl Blei-Säure- als auch Lithium-Ionen-Batterien ihre eigenen Vorzüge und Anwendungen haben, bieten Lithium-Ionen-Batterien in der Regel eine längere Lebensdauer. Diese längere Lebensdauer hat in Kombination mit ihrer höheren Energiedichte und sinkenden Kosten zu ihrer weiten Verbreitung in einer Vielzahl moderner Anwendungen geführt, darunter Smartphones, Laptops und Elektrofahrzeuge.