Selbstentladung

Selbstentladung bezeichnet von selbst ablaufende Vorgänge, die dazu führen, dass sich Batterien und Akkumulatoren mehr oder weniger schnell entladen, auch wenn kein Verbraucher (Verbrauchsmittel) angeschlossen ist. Die Geschwindigkeit der Selbstentladung bestimmt, welcher Anteil der ursprünglich gespeicherten Ladungsmenge (Kapazität) nach Lagerung noch nutzbar ist. Die Selbstentladung gehört zu den wichtigsten Kenndaten von Batterien beziehungsweise Akkumulatoren. Die Kenntnis der Selbstentladung ist wichtig, um für bestimmte Anwendungen geeignete Batteriesysteme auszuwählen.

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Allgemeines

Grundsätzlich tritt Selbstentladung bei allen Batterien und Akkumulatoren auf. Ursachen sind Nebenreaktionen oder interne Kurzschlüsse. Nebenreaktionen in den Elektroden führen dazu, dass das elektrochemisch aktive Material verbraucht wird und dann nicht mehr für die Entladereaktion zur Verfügung steht. Nebenreaktionen werden oft durch Verunreinigungen verursacht oder beschleunigt. Interne Kurzschlüsse treten auf, wenn die elektrochemisch aktiven Materialien in Anode und Kathode in elektrischen Kontakt geraten und so direkt miteinander reagieren können. Dies ist bei mangelhafter Separation zwischen der Anode und Kathode der Fall.

Der aus der Selbstentladung resultierende jährliche Kapazitätsverlust kann zwischen <1% und 100% der ursprünglichen Kapazität betragen. Das Ausmaß der Selbstentladung kann von vielen Faktoren abhängen. Das elektrochemische System ist wesentlich für die Selbstentladung. In einigen Systemen mit geringer Selbstentladung bilden sich während der Lagerung Schutzschichten (Passivfilme) auf den Elektrodenoberflächen, die die weitere Selbstentladung verlangsamen. Die Geschwindigkeit der Selbstentladung ist von der Lagerzeit abhängig. In der Regel nimmt sie mit zunehmender Lagerzeit asymptotisch ab. Die Selbstentladung ist stark temperaturabhängig, ihre Geschwindigkeit steigt mit höherer Temperatur. Als Faustregel gilt, dass eine Temperaturerhöhung um 10°C die Geschwindigkeit der Selbstentladung verdoppelt. Die reduzierte Selbstentladung bei tieferer Temperatur ist der Grund, weswegen für einige Batteriesysteme die Lagerung bei tiefen Temperaturen empfohlen wird. Das Ausmaß der Selbstentladung hängt oft vom Entladegrad, der das Verhältnis der bereits bei einer Entladung entnommenen Kapazität zur ursprünglichen Kapazität ist, ab.

Primärbatterien

Die Selbstentladung bestimmt bei Primärbatterien die Lebensdauer beziehungsweise Lagerfähigkeit. Je höher die Selbstentladung, desto größer wird der Verlust der nutzbaren Kapazität im Zeitraum zwischen Herstellung und Verwendung. Bei sehr lange dauernden Entladungen (mit kleinen Belastungen) kann die nutzbare Kapazität durch Selbstentladung begrenzt sein. Deswegen dürfen Primärbatterien für solche Anwendungen (beispielsweise in Herzschrittmachern) nur eine sehr kleine Selbstentladungsrate aufweisen.

Sekundärbatterien (Akkumulatoren)

Die Selbstentladung bei Akkumulatoren bestimmt, wie viel der beim Aufladen gespeicherten Ladungsmange (Kapazität) genutzt werden kann, nachdem der Akkumulator vom Ladegerät getrennt wird. Die Geschwindigkeit der Selbstentladung ist in der Regel im vollständig geladenen Zustand am größten und nimmt mit zunehmender Zeit ab. Die Selbstentladung von Akkumulatoren ist deutlich größer als von Primärbatterien (siehe Tabellen). Die Geschwindigkeit der Selbstentladung hängt sowohl vom elektrochemischen System als auch von der Bauform beziehungsweise Ausführung des Akkumulators ab.

Sanyo hat im August 2006 einen modifizierten NiMH-Akku namens Eneloop auf dem Markt gebracht, der eine Selbstentladung von lediglich 15% pro Jahr haben soll. Ob dieses Versprechen eingehalten werden kann, werden Kurz- und Langzeittests herausfinden. Erste Tests zeigen einen Verlust von 6% im ersten Monat nach dem Aufladen.

Um die Selbstentladung zu kompensieren und Akkumulatoren ständig einsatzbereit zu halten, müssen diese in regelmäßigen Abständen wieder aufgeladen werden oder nach dem eigentlichen Aufladen mit der so genannten Erhaltungsladung ständig aufgeladen werden. Letzteres Verfahren wird bei unterbrechungsfreien Stromversorgungen angewandt, die bis zum Einsatz ständig an die Netzspannung angeschlossen sind.

Literatur

• David Linden, Thomas B. Reddy (Hrsg.): Handbook of Batteries. 3. Auflage. McGraw-Hill, New York 2002 ISBN 0-071-35978-8 (auf Englisch)