Memory-Effekt (Batterie)

Als Memory-Effekt (Memory = engl. Erinnerung) wird der Kapazitätsverlust bezeichnet, der bei sehr häufiger Teilentladung eines Nickel-Cadmium-Akkus mit gesinterten Elektroden auftritt. Der Akku scheint sich den Energiebedarf zu merken und mit der Zeit statt der ursprünglichen, nur noch die bei den bisherigen Entladevorgängen benötigte Energiemenge zur Verfügung zu stellen. Elektrisch äußert sich der Effekt in einem frühen Spannungsabfall. Dies bedeutet letztlich eine Verringerung der nutzbaren Kapazität des Akkumulators, da Verbraucher eine Mindestspannung benötigen – sinkt die Zellenspannung unter diesen Mindestbedarf ab, wird die Zelle für die Nutzung unbrauchbar, obwohl sie noch weiterhin Strom liefern kann.

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Ursache des Memory-Effekts

Der Memory-Effekt wurde zuerst von der NASA in den 1960er Jahren beschrieben. Gesinterte NiCd-Akkus in Satelliten wurden unabhängig vom Grad der Entladung in regelmäßigen Abständen, d. h. bei jedem Sonnenumlauf, durch Solarzellen aufgeladen. Mit der Zeit passten sich die Akkus an den Laderhythmus an; ihre Kapazität reichte nur noch bis zum nächsten Ladezyklus, obwohl sie deutlich größer dimensioniert war.

Der Memory-Effekt beruht sehr wahrscheinlich auf zwei Prozessen:

1. Kristallbildung 

Beim Aufladen eines NiCd-Akkus bilden sich Cadmium-Mikrokristalle. Wird der Akku nur bis zu einem bestimmten gleichbleibenden Grad entladen, begünstigt dies die Bildung größerer Kristalle aus Mikrokristallen in nicht-entladenen Bereichen. Diese reagieren durch ihre reduzierte Oberfläche im Vergleich zu kleineren Kristallen beim Entladen schlechter, was den Spannungseinbruch bewirkt.

2. Umkristallisation 

Ältere Ladetechnologien ignorieren den Akkufüllstand. Sie laden über einen festgelegten Zeitraum und überladen einen nur teilentladenen Akku. Dadurch kommt es zu Umkristallisation an der Cd-Elektrode, verbunden aufgrund der Stellung innerhalb der elektrochemischen Spannungsreihe mit einer geringeren Ausgangsspannung und dadurch verringerten Kapazität.

Der Memory-Effekt lässt sich durch mehrmaliges Entladen bis zur Entladeschlussspannung und anschließendes Laden (Resetladung) rückgängig machen und der Akku erhält seine Ausgangskapazität weitgehend zurück.

Untersuchungen zum Memory-Effekt bei modernen Akkus

Das Zentrum für Sonnenenergie- und Wasserstoff-Forschung Baden-Württemberg (ZSW) hat handelsübliche NiCd-, NiMH- und Lithium-Ionen-Akkus bezüglich deren Verhalten bei mehrfacher Teilentladung untersucht. Dabei wurde ein Rückgang der Zellenspannung nach mehrfacher Teilentladung (zehn Teilentlade/Lade-Zyklen und mehr) festgestellt, der jedoch immer kleiner als 0,05 Volt war. Die früher publizierte Reduzierung der Zellenspannung um mehr als 0,1 Volt konnte nicht beobachtet werden. Die Reduzierung der Zellenspannung konnte durch einmaliges Entladen auf normale Ladeschlussspannung und wieder Aufladen rückgängig gemacht werden. Erstaunlicherweise verhielten sich NiCd- und NiMH-Akkus sehr ähnlich, allerdings spricht man bei NiMH-Akku vom Lazy-Battery-Effekt. Li⁺-Akkus wiesen keinen dieser Effekte auf. Daraus kann geschlossen werden, dass für diesen Effekt keine der oben genannten Ursachen in Frage kommt, an denen ja immer Cadmium beteiligt ist.

Die Autoren der Untersuchung kommen zu dem Schluss, dass es den Batterieherstellern durch Materialwahl und/oder veränderte Technologien gelungen ist, den Memory-Effekt weitgehend zu eliminieren und kommen zu den folgenden Empfehlungen:

• Eine vollständige Entladung vor jeder Ladung ist nicht notwendig.
• Gelegentliches Entladen, etwa nach 50 Teilentladezyklen, ist empfehlenswert.

Moderne NiCd-Akkus

Heutige handelsübliche NiCd-Akkus zeigen keinen Memory-Effekt mehr. Sie verlieren ihre Kapazität irreparabel aufgrund von Alterung, zu starker Erhitzung, Tiefentladung und falscher Polung, aber nicht wegen eines Memory-Effektes.

Von einer Tiefentladung ist genauso abzuraten wie von einer Umpolung beim Ladevorgang. Vollständiges Entladen und Laden oder gar zyklisches Entladen/Laden reduzieren lediglich die Gesamtlebensdauer des Akkus. Die bisher bekannten Vorschläge zur Regenerierung eines NiCd-Akkus beziehen sich auf NiCd-Akkus älterer Bauarten, die heute unüblich sind.

Siehe auch

• Ladeverfahren
• Batterieträgheitseffekt