Welche Faktoren beeinflussen die Batteriekapazität?

Im kalten Winter merken wir, wenn wir draußen mit unseren Handys spielen, dass der Akku schneller leer ist als im Sommer; Akkus mit Schnellladefunktion entladen sich schneller als solche mit Langsamladefunktion. Welche Faktoren beeinflussen also die Batteriekapazität?

1. Temperatur

Die Temperatur hat einen erheblichen Einfluss auf die Batteriekapazität. Mit steigender Temperatur erhöht sich die Kapazität der Batterie. Zunächst fördert die Temperaturerhöhung die chemischen Reaktionen im Inneren der Batterie, und lithium-Ionen bewegen sich schneller, wodurch die verfügbare Kapazität zunimmt.

Zweitens wird bei niedrigen Temperaturen der Elektrolyt viskoser, die Leitfähigkeit der Lithium-Ionen nimmt ab, und ohmsche Polarisation, Konzentrationspolarisation sowie elektrochemische Polarisation verschärfen sich, was das Einbetten der Lithium-Ionen behindert.

Zudem ziehen sich das Gitter der positiven und negativen Elektrodenmaterialien bei niedrigen Temperaturen zusammen, und die Kanäle für die Einlagerung und Auslagerung von Lithium-Ionen werden enger, wodurch mehr Energie benötigt wird, um die Reaktion abzuschließen, was zu elektrochemischer Polarisation führt. Niedrige Temperaturen verlangsamen die Ladungstransferrate auf der Elektrodenoberfläche, ähnlich wie Räder auf eisigen Straßen durchdrehen, und Ionen sammeln sich an der Grenzfläche an, wodurch sich eine Konzentrationspolarisation bildet.

2. Entladerate

Mit abnehmender Batterieentladerate erhöht sich auch die Batteriekapazität.

Bei niedrigen Entladeraten (wie 0,2C) haben Lithium-Ionen mehr Zeit, um aus den Materialien der positiven und negativen Elektroden zu deinterkalieren, wodurch Polarisationsverluste reduziert werden. Bei hohen Entladeraten (wie 1C) hingegen migrieren Lithium-Ionen zu schnell, sodass einige aktive Substanzen nicht schnell genug reagieren können, was zu einer verringerten Kapazitätsausnutzung führt.

Eine niedrige Entladerate ist wie das feste Zusammendrücken einer Zahnpastatube, bis sie fast leer ist. Wenn man jedoch langsamer drückt, kann man sie noch eine Weile verwenden.

3. Ladegeschwindigkeit

Das Laden mit einer niedrigen Geschwindigkeit reduziert den Polarisationseffekt innerhalb der Batterie. Je geringer der Ladestrom, desto vollständiger diffundieren die Lithiumionen durch das Elektrodenmaterial, wodurch Energieverluste minimiert werden. Einfach ausgedrückt: Langsames Laden ermöglicht es, die Batterie vollständig aufzuladen, sodass sie mehr Leistung abgeben kann.