Wofür werden Lithium-Batterien verwendet? 10 Anwendungen

Lithium-Batterien werden heute in Smartphones, Laptops, Elektroautos, E-Bikes, Akkuschraubern, Wohnmobilen und Solarspeichern eingesetzt. Sie speichern elektrische Energie auf vergleichsweise kleinem Raum und ermöglichen es, zahlreiche Geräte unabhängig von einer dauerhaften Stromversorgung zu betreiben.

In Deutschland spielen Lithium-Batterien nicht nur bei mobilen Geräten und der Elektromobilität eine wichtige Rolle. Auch für Wohnmobile, Photovoltaikanlagen, Balkonkraftwerke mit kompatiblen Speichersystemen und die Notstromversorgung werden entsprechende Akkus verwendet.

Allerdings eignet sich nicht jeder Lithium-Akku für jede Anwendung. Ein Smartphone benötigt eine andere Batterie als ein Wohnmobil oder ein stationärer Stromspeicher. In diesem Ratgeber erfahren Sie, wofür Lithium-Batterien verwendet werden, welche zehn Anwendungen besonders verbreitet sind und wann sich ein LiFePO4-Akku lohnt.

10 typische Anwendungen von Lithium-Batterien

Lithium-Batterien werden hauptsächlich zur Versorgung tragbarer Elektronik, zum Antrieb elektrischer Motoren und zur Speicherung von Strom eingesetzt. Je nach Einsatzzweck kommen wiederaufladbare Lithium-Ionen-Akkus oder nicht wiederaufladbare Lithium-Primärbatterien zum Einsatz.

1. Smartphones, Laptops und andere elektronische Geräte

Eine der bekanntesten Anwendungen sind mobile elektronische Geräte. Smartphones, Tablets, Notebooks, kabellose Kopfhörer, Digitalkameras und Smartwatches verwenden überwiegend wiederaufladbare Lithium-Ionen-Akkus.

Ihre hohe Energiedichte ermöglicht kompakte Geräte mit einer vergleichsweise langen Laufzeit. Das ist besonders wichtig bei Smartphones und Laptops, in denen nur begrenzt Platz für einen Akku vorhanden ist.

Lithium-Ionen-Akkus können zwischendurch geladen werden, ohne dass sie vorher vollständig entladen werden müssen.

Daneben gibt es Geräte, die nicht wiederaufladbare Lithium-Batterien verwenden. Dazu gehören bestimmte Armbanduhren, Funksensoren und elektronische Messgeräte.

Diese Primärbatterien zeichnen sich häufig durch eine geringe Selbstentladung aus und können bei entsprechend niedrigem Energiebedarf über einen langen Zeitraum eingesetzt werden.

2. Elektroautos, E-Bikes und E-Scooter

Lithium-Ionen-Akkus gehören zu den wichtigsten Energiespeichern der Elektromobilität.

Ein Elektroauto speichert elektrische Energie in einem Batteriepaket und versorgt damit einen oder mehrere Elektromotoren. Bei E-Bikes und E-Scootern übernehmen kleinere Akkus dieselbe Aufgabe.

• Elektroautos: Große Batteriepacks liefern Energie für Antrieb und elektrische Fahrzeugfunktionen.
• E-Bikes und Pedelecs: Kompakte Akkus unterstützen den Elektromotor beim Fahren.
• E-Scooter: Wiederaufladbare Batterien ermöglichen die elektrische Fortbewegung.
• Elektrobusse: Leistungsfähige Batteriesysteme versorgen elektrische Antriebe im öffentlichen Verkehr.

Je nach Fahrzeug kommen unterschiedliche Zellchemien zum Einsatz. Dazu gehören beispielsweise NMC und Lithium-Eisenphosphat (LFP).

Die Reichweite hängt nicht allein von der Akkukapazität ab. Außentemperatur, Geschwindigkeit, Steigungen, Fahrweise und der Energiebedarf für Heizung oder Klimatisierung beeinflussen den tatsächlichen Verbrauch.

Gerade im Winter kann die nutzbare Batterieleistung bei niedrigen Temperaturen abnehmen. Deshalb verfügen viele Elektrofahrzeuge über ein Batterietemperaturmanagement.

3. Akkuschrauber, Elektrowerkzeuge und Gartengeräte

Ob beim Heimwerken oder auf der Baustelle: Lithium-Ionen-Akkus machen zahlreiche Werkzeuge unabhängig von einer Steckdose.

Typische Beispiele sind Akkuschrauber, Bohrmaschinen, Schlagschrauber, Kreissägen, Winkelschleifer, Heckenscheren und Akku-Rasenmäher.

Der Vorteil liegt in der Bewegungsfreiheit. Arbeiten lassen sich auch dort erledigen, wo kein direkter Stromanschluss verfügbar ist.

Akku-Werkzeuge benötigen jedoch eine andere Leistungscharakteristik als Smartphones. Beim Sägen oder Bohren können kurzfristig hohe Ströme erforderlich sein.

Deshalb sind entsprechende Akkupacks für eine hohe Stromabgabe ausgelegt. Austauschbare Akkus ermöglichen es außerdem, mit einem geladenen Ersatzakku weiterzuarbeiten.

Wichtig ist, ausschließlich vom Hersteller freigegebene Kombinationen aus Akku, Werkzeug und Ladegerät zu verwenden.

4. Wohnmobile, Campervans und Aufbaubatterien

Für Wohnmobilbesitzer ist ein LiFePO4-Akku besonders interessant, wenn sie häufig ohne Landstrom unterwegs sind.

Die Aufbaubatterie versorgt den Wohnbereich mit Strom und arbeitet normalerweise unabhängig von der Starterbatterie des Fahrzeugs.

Typische Verbraucher sind:

• 12V-Kompressorkühlschränke
• LED-Beleuchtung
• Wasserpumpen
• Lüftungssysteme
• USB-Ladeanschlüsse
• Steuerungen von Standheizungen
• 230V-Geräte über einen geeigneten Wechselrichter

LiFePO4-Akkus eignen sich für solche zyklischen Anwendungen, weil sie häufiges Laden und Entladen unterstützen und im Vergleich zu vielen Blei-Säure-Batterien weniger Gewicht bei einer ähnlichen nutzbaren Energiemenge aufweisen.

Ein 12,8V-Akku mit 100Ah besitzt eine nominale Speicherkapazität von etwa 1.280Wh beziehungsweise 1,28kWh.

Wie lange damit ein Kühlschrank oder andere Verbraucher betrieben werden können, hängt vom tatsächlichen Verbrauch und den Systemverlusten ab.

Vor der Umrüstung von Blei auf Lithium sollten außerdem Ladebooster, Lichtmaschine, Solarladeregler und 230V-Ladegerät geprüft werden. Nicht jedes ältere Ladesystem bietet ein geeignetes LiFePO4-Ladeprofil.

Für Anwendungen mit niedrigen Außentemperaturen kann der Vatrer 12V 100Ah LiFePO4-Akku mit Selbstheizung und Bluetooth eine geeignete Option sein. Er ist für kompatible Bordstrom- und Speichersysteme vorgesehen und ermöglicht die Überwachung wichtiger Batteriedaten.

5. Boote, Elektromotoren und maritime Bordelektronik

Auch auf Booten werden Lithium-Akkus für unterschiedliche Aufgaben eingesetzt.

Bei Freizeitbooten und Segelyachten können sie Navigationsgeräte, Beleuchtung, Kommunikationssysteme, Pumpen und Kühlschränke versorgen.

In kleineren Booten kommen Lithium-Batterien außerdem für geeignete elektrische Außenbordmotoren und Schleppmotoren zum Einsatz.

Grundsätzlich lassen sich zwei Anwendungen unterscheiden:

• Antriebsbatterien: Versorgen elektrische Bootsmotoren mit der erforderlichen Leistung.
• Versorgungsbatterien: Stellen Energie für die Bordelektronik und andere Verbraucher bereit.

LiFePO4-Batterien sind für häufige Lade- und Entladevorgänge geeignet. Das geringere Gewicht gegenüber vielen vergleichbaren Bleibatteriesystemen kann insbesondere auf kleineren Booten von Vorteil sein.

Bei der Auswahl sind die Systemspannung, die zulässige Stromabgabe, die Befestigung, die Feuchtigkeitsbeständigkeit und die Ladegerätekompatibilität zu prüfen.

Eine gewöhnliche Versorgungsbatterie darf nicht automatisch als Starterbatterie eingesetzt werden. Dafür muss sie ausdrücklich die benötigte Startleistung unterstützen.

6. Golfcarts und elektrische Nutzfahrzeuge

Elektrische Golfwagen und kleinere Transportfahrzeuge werden häufig auf Golfplätzen, in Ferienanlagen und auf größeren Betriebsgeländen eingesetzt.

Viele ältere Fahrzeuge besitzen mehrere in Reihe geschaltete Blei-Säure-Batterien. Ein passendes Lithium-Eisenphosphat-System kann diese Batterieeinheit ersetzen.

Dadurch lassen sich das Fahrzeuggewicht und der regelmäßige Wartungsaufwand reduzieren. Ein LiFePO4-Akku benötigt beispielsweise keine Kontrolle oder Nachfüllung von Batteriesäure.

Bei anspruchsvollen Fahrbedingungen kommt es auf eine ausreichende Dauerstromabgabe an. Besonders an Steigungen oder bei hoher Beladung kann der Motor deutlich mehr Strom benötigen.

Der Vatrer 48V 105Ah LiFePO4-Golfcart-Akku bietet rund 5,38kWh nominale Kapazität und ist für entsprechend kompatible elektrische Golfwagen ausgelegt.

Vor einem Umbau müssen Batteriespannung, Platzbedarf, Motorsteuerung, Leitungsquerschnitte und das Ladesystem aufeinander abgestimmt werden.

7. Photovoltaikanlagen, Heimspeicher und Balkonkraftwerke

Eine wichtige Anwendung von Lithium-Batterien in Deutschland ist die Speicherung von Solarstrom.

Photovoltaikanlagen erzeugen vor allem tagsüber Strom. Viele Haushalte benötigen jedoch gerade morgens und abends elektrische Energie.

Ein Batteriespeicher kann einen Teil des überschüssigen Solarstroms aufnehmen und später wieder zur Verfügung stellen.

Bei einem beispielhaften DC-gekoppelten System verläuft der Energiefluss folgendermaßen:

PV-Module → Hybridwechselrichter oder Laderegler → Batteriespeicher → Elektrische Verbraucher

Bei AC-gekoppelten Speichern unterscheidet sich die technische Verschaltung.

Typische Anwendungsbereiche sind:

• Photovoltaikanlagen auf Einfamilienhäusern
• Stationäre Heimspeicher
• Solarstromversorgung von Gartenhäusern und Werkstätten
• Autarke Inselanlagen
• Kompatible Speicherlösungen für Balkonkraftwerke

LiFePO4-Akkus werden häufig für solche Speichersysteme verwendet, da ihre Zyklenfestigkeit für den regelmäßigen Lade- und Entladebetrieb geeignet ist.

Bei Balkonkraftwerken ist jedoch besondere Vorsicht erforderlich. Ein herkömmlicher 12V-LiFePO4-Akku kann nicht einfach direkt an einen netzgekoppelten Mikrowechselrichter angeschlossen werden.

Für diese Anwendung muss die gesamte Speicherlösung einschließlich Ladesteuerung, Wechselrichter und Schutzfunktionen dafür ausgelegt sein. Zudem sind die jeweils geltenden Anschluss- und Registrierungsanforderungen zu beachten.

Wer eine größere stationäre Speicherlösung plant, kann sich beispielsweise über die Vatrer 51,2V 100Ah LiFePO4-Solarbatterie informieren. Sie bietet eine nominale Kapazität von etwa 5,12kWh. Ob sie für eine bestimmte Anlage geeignet ist, hängt unter anderem von der Wechselrichterkompatibilität ab.

Ein Batteriespeicher ermöglicht außerdem nicht automatisch eine Notstromversorgung. Dafür sind ein entsprechend ausgelegter Wechselrichter und eine sichere Netztrennung erforderlich.

8. Notstromversorgung, Powerstations und USV-Anlagen

Lithium-Batterien werden auch verwendet, um elektrische Geräte bei einem Stromausfall weiterzubetreiben.

Zu den möglichen Verbrauchern gehören Router, Beleuchtung, Kommunikationsgeräte, Kühlschränke und ausgewählte Haushaltsgeräte.

Tragbare Powerstations kombinieren einen Akku mit elektronischer Steuerung, Anschlüssen und häufig einem Wechselrichter in einem kompakten Gehäuse.

Sie können bei Campingausflügen, im Garten oder für kleinere Notstromanwendungen eingesetzt werden.

Unterbrechungsfreie Stromversorgungen (USV) dienen dagegen dazu, empfindliche Geräte bei Netzstörungen kurzfristig weiter zu versorgen oder ein kontrolliertes Herunterfahren zu ermöglichen.

Die theoretische Laufzeit lässt sich näherungsweise berechnen:

Beispiel: Ein Batteriesystem stellt 1.000Wh nutzbare Energie bereit. Die angeschlossenen Verbraucher benötigen dauerhaft 100W.

Unter idealisierten Bedingungen ergibt sich somit eine Laufzeit von zehn Stunden.

In der Praxis können Wechselrichterverluste, Eigenverbrauch und wechselnde Lasten die Laufzeit verkürzen. Bei Kühlschränken oder Pumpen muss außerdem die kurzzeitig benötigte Anlaufleistung berücksichtigt werden.

9. Medizinische Geräte und elektrische Mobilitätshilfen

In der Medizintechnik ermöglichen Lithium-Batterien den mobilen Einsatz verschiedener Geräte.

Dazu zählen beispielsweise tragbare Patientenmonitore, diagnostische Geräte und bestimmte medizinische Pumpen.

Auch elektrische Rollstühle und Mobilitätshilfen können wiederaufladbare Lithium-Ionen- oder LiFePO4-Batteriesysteme verwenden.

Das vergleichsweise geringe Gewicht ist besonders bei Geräten von Vorteil, die regelmäßig transportiert oder bewegt werden müssen.

Einige implantierbare medizinische Geräte verwenden spezielle nicht wiederaufladbare Lithium-Batterien, die für eine langfristige Versorgung mit geringer Leistung ausgelegt sind.

Bei medizinischen Anwendungen müssen Ersatzbatterien den Vorgaben des Geräteherstellers entsprechen. Eine ähnliche Spannung oder Kapazität allein reicht als Kompatibilitätsnachweis nicht aus.

10. Industrie, Logistik und Telekommunikation

Auch in industriellen Anwendungen spielen Lithium-Akkus eine wichtige Rolle.

Automatisch geführte Transportfahrzeuge (AGV), mobile Roboter, elektrische Reinigungsmaschinen und andere akkubetriebene Geräte können damit ohne permanente Kabelverbindung arbeiten.

In Logistikzentren lassen sich Batterien regelmäßig nachladen, sodass die Fahrzeuge zwischen den Ladephasen ihre Aufgaben erfüllen können.

Darüber hinaus werden Lithium-Batteriesysteme als Reserveenergieversorgung für Telekommunikationseinrichtungen und industrielle Steuerungsanlagen verwendet.

Andere Anwendungen benötigen dagegen nur sehr wenig Energie. Intelligente Messgeräte, Fernüberwachungssensoren und bestimmte Alarmsysteme können mit nicht wiederaufladbaren Lithium-Batterien über lange Zeiträume betrieben werden.

Welche Batterie geeignet ist, hängt davon ab, ob hohe Leistung, häufige Ladezyklen oder eine besonders lange Bereitschaftszeit benötigt werden.

Warum werden Lithium-Batterien so häufig eingesetzt?

Lithium-Batterien bieten gegenüber vielen herkömmlichen Batterietechnologien mehrere Vorteile. Welche davon im Vordergrund stehen, hängt von der verwendeten Zellchemie ab.

Besonders bei LiFePO4-Akkus ist die Zyklenfestigkeit ein wichtiges Auswahlkriterium. Viele Modelle sind unter definierten Prüfbedingungen auf mehrere Tausend Lade- und Entladezyklen ausgelegt.

Die tatsächlich erreichbare Lebensdauer hängt von Temperatur, Entladetiefe, Ladeverhalten und Batteriequalität ab.

Außerdem sollte berücksichtigt werden, dass ein Akku mit hoher Kapazität nicht automatisch besonders hohe Ströme liefern kann. Für Motoren und andere leistungsintensive Verbraucher müssen die Entladegrenzen des Batteriemanagementsystems ausreichend dimensioniert sein.

Lithium-Batterie, Lithium-Ionen-Akku oder LiFePO4: Was ist der Unterschied?

Die Begriffe Lithium-Batterie, Lithium-Ionen-Akku und LiFePO4 werden im Alltag häufig miteinander vermischt. Technisch gibt es jedoch wichtige Unterschiede.

Ein LiFePO4-Akku gehört ebenfalls zur Familie der Lithium-Ionen-Akkus. Die Bezeichnungen beschreiben also keine vollständig voneinander getrennten Batteriekategorien.

Während bei vielen mobilen Elektronikgeräten eine möglichst hohe Energiedichte wichtig ist, werden LiFePO4-Akkus häufig wegen ihrer Eigenschaften im zyklischen Betrieb eingesetzt.

Lithium-Primärbatterien sind dagegen nicht zum Wiederaufladen vorgesehen. Sie dürfen niemals in einem Ladegerät für Akkus geladen werden.

Beim Austausch eines Akkus müssen Zellchemie, Spannung, Ladeverfahren und Schutzfunktionen zum Gerät passen.

Häufige Fragen zur Verwendung von Lithium-Batterien

Welcher Lithium-Akku passt zu welcher Anwendung?

Bei der Auswahl eines Lithium-Akkus sollten Sie nicht ausschließlich auf den Ah-Wert oder den Kaufpreis achten.

Ein Wohnmobil benötigt eine zuverlässige Bordstromversorgung über viele Stunden. Ein Elektromotor stellt dagegen hohe Anforderungen an die Stromabgabe. Bei einem Solarspeicher spielen die nutzbare Kapazität, Wechselrichterkompatibilität und Zyklenfestigkeit eine wichtige Rolle.

Prüfen Sie deshalb folgende Kriterien:

• Nennspannung: Der Akku muss zur Spannung des elektrischen Systems passen.
• Nutzbare Kapazität: Vergleichen Sie Wh oder kWh, um die verfügbare Energiemenge zu beurteilen.
• Dauer- und Spitzenstrom: Die Batterie muss die Anforderungen der angeschlossenen Verbraucher erfüllen.
• Ladekompatibilität: Ladegerät, Ladebooster und Solarladeregler müssen die Zellchemie unterstützen.
• Temperaturschutz: Achten Sie bei Winterbetrieb auf die zulässigen Ladetemperaturen.
• Batteriemanagementsystem: Prüfen Sie den Schutz vor Überladung, Tiefentladung, Überstrom und unzulässigen Temperaturen.
• Einbau und Sicherheit: Abmessungen, Befestigung, Verkabelung und elektrische Schutzmaßnahmen müssen geeignet sein.
• Dokumentation: Beachten Sie Herstellerangaben und die für die jeweilige Installation geltenden Anforderungen.

Für Wohnmobile, Boote und autarke Stromversorgung bietet Vatrer verschiedene LiFePO4-Akkus an. Dazu zählen Aufbaubatterien, Modelle mit Selbstheizung und Batteriespeicher für geeignete Solaranwendungen.

Entscheidend ist, dass der Akku nicht nur ausreichend Energie speichert, sondern auch zur vorhandenen Ladeelektronik, zur gewünschten Leistung und zu den tatsächlichen Einsatzbedingungen passt.