Sind Elektroautobatterien Lithium-Ionen oder Nickel-Metallhydrid?

Arten von Batterien

Batterien können im Allgemeinen in verschiedene Kategorien und Typen eingeteilt werden, von der chemischen Zusammensetzung, Größe, Formfaktor und Anwendungsfälle, aber unter all diesen gibt es zwei Hauptbatterietypen;

Primärbatterien
Sekundärbatterien
1. Primärbatterien

Primärbatterien sind Batterien, die nach ihrer Entladung nicht wieder aufgeladen werden können. Primärbatterien bestehen aus elektrochemischen Zellen, deren elektrochemische Reaktion nicht rückgängig gemacht werden kann.

Primärbatterien gibt es in verschiedenen Formen, von Knopfzellen bis hin zu AA-Batterien. Sie werden häufig in eigenständigen Anwendungen eingesetzt, bei denen das Laden unpraktisch oder unmöglich ist. Ein gutes Beispiel hierfür sind militärische Geräte und batteriebetriebene Geräte. Der Einsatz wiederaufladbarer Batterien wird unpraktisch sein, da das Aufladen einer Batterie für die Soldaten das Letzte ist, woran sie denken. Primärbatterien haben immer eine hohe spezifische Energie und die Systeme, in denen sie verwendet werden, sind immer darauf ausgelegt, wenig Strom zu verbrauchen, damit die Batterie so lange wie möglich hält.

Einige andere Beispiele für Geräte, die Primärbatterien verwenden, sind:; Schrittmacher, Tier-Tracker, Armbanduhren, Fernbedienungen und Kinderspielzeug, um nur einige zu nennen. Die beliebteste Art von Primärbatterien sind Alkalibatterien. Sie haben eine hohe spezifische Energie und sind umweltfreundlich, kostengünstig und lecken auch bei vollständiger Entladung nicht. Sie können mehrere Jahre gelagert werden, über eine gute Sicherheitsbilanz verfügen und in einem Flugzeug befördert werden können, ohne den UN-Transport- und anderen Vorschriften zu unterliegen. Der einzige Nachteil von Alkalibatterien ist der geringe Ladestrom, Dadurch ist der Einsatz auf Geräte mit geringem Strombedarf wie Fernbedienungen beschränkt, Taschenlampen und tragbare Unterhaltungsgeräte.

2. Sekundärbatterien

Sekundärbatterien sind Batterien mit elektrochemischen Zellen, deren chemische Reaktionen durch Anlegen einer bestimmten Spannung an die Batterie in umgekehrter Richtung umgekehrt werden können. Auch als wiederaufladbare Batterien bezeichnet, Sekundärzellen können im Gegensatz zu Primärzellen wieder aufgeladen werden, nachdem die Energie der Batterie aufgebraucht ist.

Sie werden typischerweise in Anwendungen mit hohem Stromverbrauch und anderen Szenarien eingesetzt, in denen die Verwendung von Batterien mit nur einer Ladung entweder zu teuer oder unpraktisch ist. Sekundärbatterien mit geringer Kapazität werden zur Stromversorgung tragbarer elektronischer Geräte wie Mobiltelefone verwendet, und andere Geräte und Geräte, während Hochleistungsbatterien für den Antrieb verschiedener Elektrofahrzeuge und andere Anwendungen mit hohem Stromverbrauch wie Lastausgleich bei der Stromerzeugung verwendet werden. Sie werden neben Wechselrichtern auch als eigenständige Stromquellen zur Stromversorgung eingesetzt. Obwohl die Anschaffungskosten für wiederaufladbare Batterien immer deutlich höher sind als für Primärbatterien, sind sie auf lange Sicht am kostengünstigsten.

Sekundärbatterien können aufgrund ihrer Chemie weiter in mehrere andere Typen eingeteilt werden. Dies ist sehr wichtig, da die Chemie einige Eigenschaften der Batterie bestimmt, einschließlich ihrer spezifischen Energie, Zyklus Leben, Haltbarkeit, und Preis, um nur einige zu nennen.

Grundsätzlich gibt es vier Hauptchemien für wiederaufladbare Batterien;

Lithium-Ionen-(Li-Ion)
Nickel-Cadmium(Ni-Cd)
Nickel-Metallhydrid(Ni-MH)
Blei-Säure
1. Nickel-Cadmium-Batterien

Die Nickel-Cadmium-Batterie (NiCd-Akku oder NiCad-Akku) ist eine Art wiederaufladbare Batterie, die unter Verwendung von Nickeloxidhydroxid und metallischem Cadmium als Elektroden entwickelt wird. Ni-Cd-Akkus zeichnen sich dadurch aus, dass sie die Spannung aufrechterhalten und die Ladung halten, wenn sie nicht verwendet werden. jedoch, NI-Cd-Akkus unterliegen beim Aufladen eines teilweise geladenen Akkus leicht dem gefürchteten „Memory“-Effekt, Dadurch wird die zukünftige Kapazität der Batterie verringert.

Im Vergleich zu anderen Arten von wiederaufladbaren Zellen, Ni-Cd-Akkus bieten eine gute Lebensdauer und Leistung bei niedrigen Temperaturen und eine angemessene Kapazität. Ihr größter Vorteil liegt jedoch darin, dass sie ihre volle Nennkapazität bei hohen Entladeraten liefern können. They are available in different sizes including the sizes used for alkaline batteries, AAA to D. Ni-Cd cells are used individually or assembled in packs of two or more cells. The small packs are used in portable devices, electronics and toys while the bigger ones find application in aircraft starting batteries, Electric vehicles and standby power supply.

Some of the properties of Nickel-Cadmium batteries are listed below.

Specific Energy: 40-60W-h/kg
Energy Density: 50-150 W-h/L
Specific Power: 150W/kg
Charge/discharge efficiency: 70-90%
Self-discharge rate: 10%/Monat
Cycle durability/life: 2000Zyklen
2. Nickel-Metal Hydride Batteries

Nickel metal hydride (Ni-MH) is another type of chemical configuration used for rechargeable batteries. The chemical reaction at the positive electrode of batteries is similar to that of the nickel–cadmium cell (NiCd), with both battery type using the same nickel oxide hydroxide (NiOOH). jedoch, the negative electrodes in Nickel-Metal Hydride use a hydrogen-absorbing alloy instead of cadmium which is used in NiCd batteries

.Ni-MH Battery

NiMH batteries find application in high drain devices because of their high capacity and energy density. A NiMH battery can possess two to three times the capacity of a NiCd battery of the same size, and its energy density can approach that of a lithium-ion battery. Unlike the NiCd chemistry, batteries based on the NiMH chemistry are not susceptible to the “memory” effect that NiCads experience.

Below are some of the properties of batteries based on the Nickel-metal hydride chemistry;

Specific Energy: 60-120h/kg
Energy Density: 140-300 Wh/L
Specific Power: 250-1000 W/kg
Charge/discharge efficiency: 66% – 92%
Self-discharge rate: 1.3-2.9%/month at 20oC
Cycle Durability/life: 180 -2000
3. Lithium-ion Batteries

Lithium ion batteries are one of the most popular types of rechargeable batteries. They are found in different portable appliances including mobile phones, smart devices and several other battery appliances used at home. They also find applications in aerospace and military applications due to their lightweight nature.

Lithium-ion batteries are a type of rechargeable battery in which lithium ions from the negative electrode migrate to the positive electrode during discharge and migrate back to the negative electrode when the battery is being charged. Li-ion batteries use an intercalated lithium compound as one electrode material, compared to the metallic lithium used in non-rechargeable lithium batteries.

Lithium ion batteries generally possess high energy density, little or no memory effect and low self-discharge compared to other battery types. Their chemistry alongside performance and cost vary across different use cases for example, Li-ion batteries used in handheld electronic devices are usually based on lithium cobalt oxide (LiCoO2) which provides high energy density and low safety risks when damaged while Li-ion batteries based on Lithium iron phosphate which offer a lower energy density are safer due to a reduced likelihood of unfortunate events happening are widely used in powering electric tools and medical equipment. Lithium ion batteries offer the best performance to weight ratio with the lithium sulphur battery offering the highest ratio.

Some of the attributes of lithium ion batteries are listed below;

Specific Energy: 100: 265W-h/kg
Energy Density: 250: 693 W-h/L
Specific Power: 250: 340 W/kg
Charge/discharge percentage: 80-90%
Cycle Durability: 400: 1200 Zyklen
Nominal cell voltage: NMC 3.6/3.85V
4. Lead-Acid Batteries

Lead acid batteries are a low-cost reliable power workhorse used in heavy duty applications. They are usually very large and because of their weight, they’re always used in non-portable applications such as solar-panel energy storage, vehicle ignition and lights, backup power and load levelling in power generation/distribution. The lead-acid is the oldest type of rechargeable battery and still very relevant and important into today’s world. Lead acid batteries have very low energy to volume and energy to weight ratios but it has a relatively large power to weight ratio and as a result can supply huge surge currents when needed. These attributes alongside its low cost makes these batteries attractive for use in several high current applications like powering automobile starter motors and for storage in backup power supplies.