Memory-Effekt (Akkumulator)

Als Memory-Effekt 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 die bei den bisherigen Entladevorgängen benötigte Energiemenge zur Verfügung zu stellen. Elektrisch äußert sich der Effekt in einem frühen Spannungsabfall. Dies bedeutet 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 elektrische Energie liefern kann.

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 dritten Aufladen eines NiCd-Akkus bilden sich Cadmium-Mikrokristalle.^[1] Wird der Akku nur bis zu einem bestimmten über die Ladevorgänge hinweg gleichbleibenden Grad entladen, begünstigt dies die Bildung größerer Kristalle aus Mikrokristallen in nicht entladenen Bereichen. Weil die Größeren im Vergleich mit kleineren Kristallen bei gleicher Masse eine kleinere Gesamtoberfläche haben, reagieren sie beim Entladen schlechter, weshalb die Spannung einbricht.

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. Aufgrund der Stellung des Cadmiums innerhalb der elektrochemischen Spannungsreihe, ist die Umkristallisation mit einer geringeren Ausgangsspannung und einer dadurch verringerten Kapazität verbunden.

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 2001 handelsübliche NiCd-, NiMH- und Lithium-Ionen-Akkus auf ihr Verhalten bei mehrfacher Teilentladung untersucht.^[2][3] 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 Wiederaufladen rückgängig gemacht werden. Erstaunlicherweise verhielten sich NiCd- und NiMH-Akkus sehr ähnlich, allerdings spricht man beim NiMH-Akku vom Batterieträgheitseffekt. 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 oder veränderte Technologie 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.

Siehe auch

• Ladeverfahren
• Batterieträgheitseffekt

Quellen

1. ↑ http://projektlabor.ee.tu-berlin.de/projekte/roboter/downloads/referate/Akku/Der%20Akkumulator.PDF
2. ↑ "Tiefentladung von Batterien - Ursachen, Auswirkung und Vermeidung" - Thi Binh Phan, Andreas Jossen, Svoboda Vojtech, Harry Döring, Jürgen Garche
3. ↑ auch erschienen in: Batterien, Ladekonzepte & Stromversorgungsdesign. (Ed. Caspar Grote, Renate Ester) München: Design & Elektronik, 2001, p. 31 - 44.

Weblinks

• The Dreaded Memory Effect (engl.)
• NiCd Batteries do NOT have "memory" (engl.)