Batterien sind elektrochemische Geräte, die chemische Energie in elektrische Energie umwandeln und für eine Vielzahl von Geräten wichtig sind, von Fernbedienungen für Haushaltsgeräte bis hin zu Industriesystemen wie Elektrofahrzeugen. Batterien werden je nach chemischer Zusammensetzung und Bauweise in Primärbatterien (nicht wiederaufladbar) und Sekundärbatterien (wiederaufladbar) eingeteilt.
Wenn Sie die Unterschiede zwischen Lithiumbatterien und gängigeren Batterien wie Alkali-, Blei-Säure- und Lithiumbatterien kennen, können Sie fundierte Kaufentscheidungen basierend auf Ihren spezifischen Anforderungen treffen.
Was sind normale Batterien?
Zu den regulären Batterien, die oft auch als konventionelle Batterien bezeichnet werden, gehören verschiedene Batterietypen, die für bestimmte Anwendungen geeignet sind, darunter Alkali-, Blei-Säure-, Zink-Kohle-, Nickel-Cadmium- (Ni-Cd) und Nickel-Metallhydrid-Batterien (Ni-MH).
Alkalibatterien : Diese Primärbatterien verwenden Zink- und Mangandioxidelektroden mit einem alkalischen Elektrolyten (Kaliumhydroxid). Sie kosten in der Regel 0,5 bis 2 US-Dollar pro Stück und versorgen aufgrund ihrer Erschwinglichkeit und Verfügbarkeit Haushaltsgeräte wie Fernbedienungen, Taschenlampen und Spielzeug mit Strom. Ihre Leistung lässt jedoch bei extremen Temperaturen, beispielsweise unter 0 °C, nach.
Blei-Säure-Batterien : Diese Sekundärbatterien bestehen aus Bleidioxid- und Bleischwammelektroden in einem Schwefelsäureelektrolyt. Sie liefern hohe Kaltstartstromwerte (CCA) und eignen sich daher ideal für Autostarter, kleine unterbrechungsfreie Stromversorgungen (USV) und Notstromsysteme.
Zink-Kohle-Batterien : Diese Primärbatterien, auch Zink-Kohle-Batterien genannt, verwenden Zink als Anode und Mangandioxid als Kathode mit einem Zinkchlorid-Elektrolyt. Sie sind günstiger als Alkalibatterien (normalerweise 0,3 bis 1 US-Dollar pro Stück) und werden in Geräten mit geringem Stromverbrauch wie Uhren, Rauchmeldern und einfachen Spielzeugen verwendet, bieten jedoch im Vergleich zu Alkalibatterien eine geringere Kapazität und eine kürzere Haltbarkeit.
Nickel-Cadmium-Akkus (Ni-Cd) : Diese wiederaufladbaren Akkus verwenden Nickeloxidhydroxid- und Cadmiumelektroden mit einem Kaliumhydroxid-Elektrolyt. Ni-Cd-Akkus sind für ihre Langlebigkeit und hohe Entladeraten bekannt und werden in Elektrowerkzeugen, schnurlosen Telefonen und Notbeleuchtungen eingesetzt. Ihre Verwendung ist jedoch aufgrund der Umwelttoxizität von Cadmium und des Memory-Effekts zurückgegangen, der die Kapazität verringert, wenn die Akkus vor dem Wiederaufladen nicht vollständig entladen werden.
Nickel-Metallhydrid-Akkus (Ni-MH) : Diese wiederaufladbaren Batterien bestehen aus einer Nickeloxidhydroxid-Kathode und einer wasserstoffabsorbierenden Legierungsanode. Sie bieten eine höhere Kapazität als Ni-Cd-Akkus, beispielsweise 2.000–3.000 mAh (Größe AA), und werden in Haushaltsgeräten wie Digitalkameras und Hybridfahrzeugen eingesetzt. Ni-MH-Akkus sind umweltfreundlicher als Ni-Cd-Akkus, haben aber eine höhere Entladerate (3–5 % pro Monat) und eine kürzere Lebensdauer (500–1.000 Zyklen).
Obwohl herkömmliche Blei-Säure-Batterien aufgrund ihrer ausgereiften Batterietechnologie und ihres erschwinglichen Preises immer noch von den meisten Menschen verwendet werden, wurden herkömmliche Batterien aufgrund einiger Eigenschaften herkömmlicher Batterien, wie z. B. hoher Wartungskosten und kurzer Lebensdauer, und mit der kontinuierlichen Weiterentwicklung der Lithium-Ionen-Batterietechnologie und ihrer zunehmenden Verbreitung in einigen speziellen Anwendungen, wie z. B. Wohnmobilen, Golfwagen oder privaten Solarenergiesystemen, nach und nach durch Lithiumbatterien ersetzt.
Was sind Lithiumbatterien?
Lithiumbatterien gibt es in verschiedenen Typen, darunter Lithium-Ionen- und Lithium-Polymer-Batterien. Ihre hohe Leistung, ihr geringes Gewicht und ihre lange Lebensdauer machen sie zu einem integralen Bestandteil der modernen Batterietechnologie in zahlreichen Anwendungsbereichen.
Lithium-Ionen-Batterien : Diese wiederaufladbaren Batterien verwenden Lithiumverbindungen wie Lithiumkobaltoxid, Lithiumeisenphosphat oder Nickelkobaltmangan (NCM)/Nickelkobaltaluminium (NCA) als positive Elektrode und Kohlenstoff als negative Elektrode. Sie haben eine hohe Energiedichte und können elektronische Geräte wie Smartphones und Laptops, Elektrofahrzeuge und Speichersysteme für erneuerbare Energien mit Strom versorgen.
Lithium-Polymer-Batterien : Ähnlich wie Lithium-Ionen verwenden diese einen Polymerelektrolyt für einen flexiblen Formfaktor, ideal für kompakte, leichte Anwendungen wie Drohnen und tragbare Technologie.
Lithiumbatterien können auch nach ihrer Form und chemischen Zusammensetzung unterteilt werden. Diese Informationen können Ihnen dabei helfen, den für Ihre spezifischen Anforderungen am besten geeigneten Batterietyp auszuwählen.
Nach der Form kann es unterteilt werden in:
Zylindrische Batterien : Beispiele hierfür sind die 18650 (18 mm Durchmesser, 65 mm Länge), 2.000–3.500 mAh und die 21700 (4.000–5.000 mAh). Diese Batterien zeichnen sich durch ein robustes röhrenförmiges Design aus. Aufgrund ihrer hohen Energiedichte und der standardisierten Fertigung ermöglicht ihre zylindrische Form eine effiziente Wärmeableitung und wird häufig in Elektrofahrzeugen, Elektrowerkzeugen und Laptops eingesetzt.
Prismatische Batterien : Prismatische Batterien haben eine rechteckige Form. Mit Kapazitäten von 20 Ah bis über 200 Ah eignen sie sich für Anwendungen, die skalierbare Stromversorgungslösungen erfordern, wie z. B. Energiespeichereinheiten und Großsysteme wie Batteriepacks für Elektrofahrzeuge, und maximieren so die Platzeffizienz.
Beutelbatterien : Diese Batterien verwenden anstelle eines starren Gehäuses einen flexiblen, leichten Beutel. Sie bestehen typischerweise aus Lithiumpolymer, bieten eine hohe Energiedichte und können individuell an Smartphones, Wearables und Haushaltsgeräte wie Drohnen angepasst werden. Um Schäden zu vermeiden, müssen sie jedoch sorgfältig gehandhabt werden.
Laut Chemie kann es unterteilt werden in:
Lithium-Kobaltoxid (LCO) : LCO-Batterien zeichnen sich durch ihre hohe Energiedichte von ca. 200 Wh/kg aus. Ihre Zyklenlebensdauer ist jedoch typischerweise auf 500–1.000 Zyklen begrenzt, und ihre thermische Stabilität ist gering, was robuste Sicherheitssysteme erfordert. Sie werden häufig in elektronischen Geräten wie Smartphones und Kameras eingesetzt.
Lithium-Eisenphosphat (LFP) : LFP-Batterien haben eine Energiedichte von ca. 150 Wh/kg, bieten hohe Sicherheit und eine lange Lebensdauer von 2.000–4.000 Zyklen. Ihre thermische Stabilität macht sie weniger anfällig für thermisches Durchgehen, weshalb sie häufig in Elektrofahrzeugen und zur Speicherung erneuerbarer Energien eingesetzt werden.
Nickel-Kobalt-Mangan (NCM) und Nickel-Kobalt-Aluminium (NCA) : Diese chemischen Verbindungen liefern ca. 180 Wh/kg und haben eine Lebensdauer von 1.000–2.000 Zyklen. Damit eignen sie sich für Elektrofahrzeuge und Elektrowerkzeuge. Aus Sicherheitsgründen ist jedoch eine sorgfältige Handhabung erforderlich.
Was sind die Unterschiede zwischen Lithiumbatterien und gewöhnlichen Batterien?
Beide gängigen Akkus haben ihre eigenen Vor- und Nachteile. Wenn Sie die wichtigsten Unterschiede kennen, können Sie die optimale Batterie für Ihre Anforderungen auswählen.
Chemische Zusammensetzung
Der Unterschied in den elektrochemischen Reaktionsmechanismen der beiden Batterietypen bestimmt direkt die Leistung der beiden Batterietypen. Die Elektrodenmaterialien von Lithiumbatterien verwenden üblicherweise Mischoxide wie Lithiumkobaltoxid (LiCoO₂), Lithiumnickeloxid (LiNiO₂) und Lithiummanganoxid (LiMn₂O₄) als positive Elektrode und Graphit oder siliziumbasierte Materialien als negative Elektrode. Dieses Design ermöglicht die reversible Einbettung und Extraktion von Lithiumionen in die Kristallstruktur des Elektrodenmaterials während des Lade- und Entladevorgangs, wodurch die Umwandlungseffizienz zwischen elektrischer Energie und chemischer Energie höher ist. Die Wirkstoffe in herkömmlichen Batterien, wie Zink und Blei, unterliegen jedoch während des Reaktionsprozesses häufig einem Phasenwechsel oder lösen sich auf und lagern sich ab, was nicht nur die Effizienz verringert, sondern auch zu einer allmählichen Verschlechterung der Elektrodenstruktur führt.
Spannung und Leistungsabgabe
Lithiumbatterien bieten eine höhere Spannung pro Zelle (3,2 V für LFP) als Alkalibatterien (1,5 V) oder Blei-Säure-Batterien (2 V pro Zelle). Im Gegensatz zu Alkalibatterien, die einen allmählichen Spannungsabfall aufweisen, halten sie während der gesamten Entladezeit eine stabile Spannung aufrecht und gewährleisten so eine gleichbleibende Leistung in Hochleistungsgeräten wie medizinischen Geräten oder Elektrofahrzeugen. Die Ausgangsspannung des Lithiumbatteriepacks kann durch Reihen- und Parallelschaltung auf 48 V oder 72 V erweitert werden, was sich von der festen Ausgangsspannung herkömmlicher Batterien unterscheidet.
Hohe Energiedichte und hohe Leistungsabgabe
Die Energiedichte ist ein wichtiger Messwert für die Batterieleistung und bestimmt direkt die Lebensdauer eines Geräts mit einer einzigen Ladung. Lithium-Ionen-Batterien bieten in dieser Hinsicht erhebliche Vorteile. Ihre Energiedichte (gespeicherte Energie pro Gewichtseinheit) erreicht typischerweise 100–265 Wh/kg, verglichen mit nur 30–50 Wh/kg bei Standard-Alkali- und Blei-Säure-Batterien. Das bedeutet, dass Lithium-Ionen-Batterien bei gleichem Gewicht drei- bis fünfmal mehr Energie speichern können als Standardbatterien. Darüber hinaus weisen Lithium-Ionen-Batterien einen Energieumwandlungswirkungsgrad von über 95 % auf, verglichen mit nur 70–85 % bei Standard-Blei-Säure-Batterien. Dieser hohe Wirkungsgrad führt zu weniger Energieverschwendung und geringerer Wärmeentwicklung, was insbesondere beim Schnellladen und Entladen mit hohen Strömen von Vorteil ist.
Lebensdauer und Haltbarkeit
Die Batterielebensdauer ist für Verbraucher stets ein wichtiges Anliegen, und in dieser Hinsicht unterscheiden sich Lithium-Ionen-Batterien grundlegend von herkömmlichen Batterien. Die Zyklenlebensdauer gibt die Anzahl der Lade- und Entladezyklen an, die eine Batterie durchlaufen kann, bevor ihre Kapazität auf 80 % ihres Nennwerts sinkt. Lithium-Ionen-Batterien erreichen typischerweise 2.000–4.000 Zyklen, während Blei-Säure-Batterien nur 300–500 Zyklen bieten. Alkali-Batterien sind in der Regel nicht wiederaufladbar, und selbst wiederaufladbare Batterien können nur etwa 300 Mal verwendet werden. Diese Langlebigkeit macht Lithium-Ionen-Batterien auf lange Sicht kostengünstiger. Darüber hinaus haben Lithium-Ionen-Batterien eine geringere Entladerate von nur 1–3 % pro Monat, verglichen mit 5–10 % bei Alkali-Batterien und 3–5 % bei Blei-Säure-Batterien, was die Batterielebensdauer verlängert. Darüber hinaus trägt die stabile Spannungsabgabe von Lithium-Ionen-Batterien während des gesamten Entladevorgangs dazu bei, die Nutzung von Hochleistungsgeräten zu verlängern.
Anfangsbudget und langfristige Kosten
Die Anschaffungskosten von Lithiumbatterien sind deutlich höher als die von Standardbatterien. Für ein Speichersystem gleicher Kapazität sind Lithiumbatterien zwei- bis dreimal so teuer wie Blei-Säure-Batterien und sogar teurer als Alkalibatterien. Beispielsweise kostet ein typischer 12-V-100-Ah-Energiespeicherbatteriesatz etwa 500 bis 1.000 US-Dollar, während eine vergleichbare Blei-Säure-Batterie etwa 150 bis 300 US-Dollar kostet. Dieser Preisunterschied ist hauptsächlich auf die Materialkosten (Metalle wie Lithium und Kobalt sind relativ teuer) und die Produktionsprozesse (Lithiumbatterien erfordern Reinräume und komplexe Steuerungssysteme) zurückzuführen. Auf lange Sicht benötigen Lithiumbatterien keine regelmäßige Wartung oder Bewässerung, und ihre Zyklenlebensdauer von bis zu 2.000 bis 4.000 Zyklen reduziert die Kosten für Austausch und Wartung, wodurch sie auf lange Sicht kostengünstiger werden.
Sie können auch die Informationen in der folgenden Tabelle vergleichen, um die Unterschiede in den wichtigsten Parametern zwischen gewöhnlichen Batterien und Lithiumbatterien intuitiver und klarer zu verstehen:
Besonderheit
Lithiumbatterien
Normale Batterien (Alkali/Blei-Säure)
Energiedichte
Hoch (150-250 Wh/kg)
Mäßig (80–120 Wh/kg für Alkali, 30–50 Wh/kg für Blei-Säure)
Zykluslebensdauer
2.000–4.000 Zyklen
300–500 Zyklen (Blei-Säure)
Selbstentladungsrate
1-3% pro Monat
5–10 % (Alkali), 3–5 % (Blei-Säure)
Gewicht
Leicht
Schwerer (insbesondere Blei-Säure)
Umweltauswirkungen
Recycelbar (über 90 % der Materialien)
Giftig (Blei-Säure), Einweg (Alkali)
Wie wählt man zwischen Lithium- und normalen Batterien?
Die Wahl des richtigen Batterietyps hängt von Ihren spezifischen Anwendungsanforderungen ab. Durch die Bewertung wichtiger Faktoren wie Leistungsbedarf, Kosten, Größe, Gewicht, Sicherheit und Umweltauswirkungen können wir Ihnen helfen, eine Kaufentscheidung basierend auf Ihren Anforderungen zu treffen.
Strom- und Leistungsbedarf : Für Geräte mit geringem Stromverbrauch wie Fernbedienungen, Uhren oder Rauchmelder reichen herkömmliche Batterien wie Alkali- oder Zink-Kohle-Batterien oft aus, da sie günstig sind und für den gelegentlichen Gebrauch ausreichend Leistung bieten. Lithium-Ionen-Batterien hingegen eignen sich hervorragend für Hochleistungsanwendungen wie Elektrofahrzeuge, Drohnen, Solaranlagen oder Schiffe, wo ihre höhere Energiedichte und stabile Spannungsabgabe eine zuverlässige, kontinuierliche Stromversorgung gewährleisten.
Größen- und Gewichtsbeschränkungen : Lithium-Ionen-Batterien zeichnen sich durch ihr leichtes Design, ihre kompakte Größe und ihr geringes Gewicht aus und eignen sich daher ideal für platzbeschränkte Geräte wie Wohnmobile und elektrische Golfwagen. Vatrer Battery bietet beispielsweise auch Batterien für Minigolfwagen und schmale Lithium-Ionen-Batterien für Golfwagen an. Herkömmliche Batterien, insbesondere Blei-Säure-Batterien, sind schwerer und eignen sich besser für stationäre Anwendungen, bei denen das Gewicht weniger wichtig ist, wie z. B. Autostarter oder USV-Systeme.
Sicherheitsanforderungen : Lithiumbatterien haben eine hohe Energiedichte und bergen das Risiko eines thermischen Durchgehens (Überhitzung). Daher müssen sie sorgfältig behandelt werden. Es wird empfohlen, hochwertige Lithiumbatterien mit einem Batteriemanagementsystem (BMS) zu kaufen, die Standards wie UL oder CE entsprechen, um die Sicherheit zu erhöhen. Standardbatterien wie Alkalibatterien bergen ein Auslaufrisiko, das Haushaltsgeräte beschädigen kann, während Nickel-Cadmium-Batterien aufgrund ihres Cadmiumgehalts ein Risiko für die Umwelttoxizität darstellen. Blei-Säure-Batterien müssen ordnungsgemäß behandelt werden, um ein Auslaufen der Säure zu verhindern.
Kosten und langfristiger Nutzen : Herkömmliche Batterien, insbesondere Alkali- und Zink-Kohle-Batterien, sind zwar günstiger in der Anschaffung, erfordern aber aufgrund ihrer begrenzten Zyklenlebensdauer einen häufigen Austausch, weshalb sie sich eher für kurzfristige Anwendungen mit geringem Stromverbrauch eignen. Lithiumbatterien sind zwar in der Anschaffung teurer, ihre Anschaffungskosten sinken jedoch ab 2025. Zudem bieten sie eine längere Lebensdauer (2.000–4.000 Zyklen), was die Kosten pro Nutzung langfristig minimiert.
Umweltauswirkungen : Mehr als 90 % der Materialien in Lithiumbatterien sind recycelbar. Obwohl der Recyclingprozess Wasser verbraucht und ökologische Probleme verursacht, kann er dennoch effektiv Abfall reduzieren. Gewöhnliche Batterien, insbesondere Blei-Säure- und Nickel-Cadmium-Batterien, enthalten giftige chemische Zusammensetzungen und erfordern daher eine sorgfältigere Handhabung.
Abschluss
Wenn man die Unterschiede zwischen Lithium-Ionen-Batterien und herkömmlichen Batterien versteht, erkennt man deutliche Unterschiede zwischen beiden Typen. Lithium-Ionen-Batterien bieten eine höhere Energiedichte, einen höheren Wirkungsgrad und eine längere Lebensdauer und eignen sich daher hervorragend für Hochleistungsanwendungen wie Elektrofahrzeuge, Smartphones und erneuerbare Energiesysteme. Herkömmliche Batterien wie Alkali- und Blei-Säure-Batterien eignen sich aufgrund ihrer Erschwinglichkeit und Benutzerfreundlichkeit weiterhin für kostenbewusste Anwendungen mit geringem Stromverbrauch. Das Verständnis der Unterschiede zwischen Lithium-Ionen-Batterien und herkömmlichen Batterien hilft Ihnen, Ihren Bedarf zu ermitteln und die optimale Stromquelle auszuwählen.
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