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BeitragVerfasst: 10. Feb 2014, 20:16 
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DIE C-LÜGE: Heute möchten wir Euch auf die innerhalb unserer Branche gängige Praxis einiger Importeure aufmerksam machen, die Leistungsangaben von wiederaufladbaren Lithium-Polymer-Batterien zu überzeichnen. Unser Akku-Hersteller klebt beispielsweise Sticker mit Kapazitätsangaben und C-Raten nach unseren Vorgaben auf. Allerdings schönen wir die vom Hersteller vorgegebenen Zahlen nicht. Insbesondere bei Kapazitätsangaben ist eine Schummelei seitens des Herstellers/Importeurs selbst für Endverbraucher noch relativ einfach aufzudecken, was die Falschangaben zumindest in dem Bereich einschränkt.

Nicht ganz so einfach mit der Nachvollziehbarkeit ist es bei den C-Raten, die angeben, mit welcher Last ein LiPo-Akku belastet werden darf – sei es beim Laden (C-Laderate) oder beim Entladen (C-Entladerate). Welche Angabe auf LiPo-Akkus für Endverbraucher neben der Kapazität für die Kaufentscheidung ausschlaggebend ist, ist die C-Entladerate. Je höher die C-Rate, desto belastbarer der Akku (höhere Spannungslage, geringerer Innenwiderstand), so wird es im Fachgeschäft erklärt und argumentiert. Doch wie verhält es sich mit den immer höheren Zahlen, etwa ab 60C bis zu 100C oder gar mehr?

Um diese Frage zu beantworten, bedarf es harter Fakten und einer kleinen Exkursion ins Technische. Zunächst wollen wir die Vorgänge aufschlüsseln, die sich bei einer – etwa durch Überlastung – stetig erhöhenden Temperatur innerhalb des LiPo-Akkus abspielt:

• Bei ca. 70 °C – die Zersetzung des Substrats beginnt, der Akku neigt dazu sich aufzublähen; wenn jetzt keine Kühlung erfolgt, beginnt ab ca. 80-90 °C der so genannte „thermal runaway“
• Bei ca. 180 °C – brennbare Gase im inneren des LiPo-Akkus werden freigesetzt
• Bei ca. 230 °C – die Hülle platzt auf, die brennbaren Gase werden ausgeblasen
• Bei ca. 260 °C – die Zündtemperatur ist erreicht, der LiPo gerät in Brand

Als Lösungsmittel sind unter anderem auch Alkohole im LiPo-Akku enthalten. Ethanol beispielsweise hat einen Siedepunkt von 78 °C, spätestens ab Erreichen dieser Temperatur bläht sich ein LiPo-Akku ganz sicher auf. Hinzu kommen noch Gase wie Wasserstoff, die durch Zerfallsprozesse schon unterhalb von 78 °C entstehen können, etwa durch Tiefentladung. Beim Aufblähen sind übrigens zwei unterschiedliche Mechanismen am Werk:

1. Reversibles Aufblähen (bildet sich nach Abkühlung zurück): Dieses wird direkt durch die im LiPo-Akku enthaltenen Lösungsmittel (Ethylencarbonat [EC], Dimethylcarbonat [DMC] und andere) im Elektrolyt hervorgerufen. Diese Stoffe verdampfen durch Erhitzung und der Dampfdruck bläht die Zellen auf. Beim Abkühlen kondensieren diese Stoffe wieder und alles ist wie vorher. Je nachdem, wie die Lösungsmittel für den jeweiligen LiPo-Akku proportioniert sind (Mischverhältnis EC zu DMC), geschieht dieser Vorgang früher oder später. Die Zelle wird durch diese Art des Aufblähens nicht zwingend schlechter, solange es sich in Grenzen hält.

2. Irreversibles Aufblähen (bildet sich nach Abkühlung nicht zurück): Dieses wird durch den Zerfall der Lösungsmittel im LiPo-Akku hervorgerufen. Es reagiert bei hohen Temperaturen insbesondere mit dem Leitsalz Lithiumhexafluorophosphat (LiPF6) und den Materialen der Kathode und bildet dabei CO2, welches die Zellen aufbläht. So etwas geschieht insbesondere dann, wenn die in der Mischung verwendeten Stoffe Unreinheiten aufweist (Fehler bei der Herstellung, Verwendung minderwertiger Ausgangsprodukte), welche als Reaktionsbeschleuniger den regulären Zerfallsprozess begünstigen. Die Zelle wird durch diesen Zerfall schlechter, das heißt ihre Leistungsfähigkeit sinkt.

Kritisch wird es in der Zelle unterhalb 3,2 V/Zelle bei geladenem Akku. Hier scheinen Zerfallsprozesse angestoßen zu werden, die sich im „Mikrobereich“ zwischen Anode und Kathode abspielen. Diese Wärmenester können impulsartig entstehen und leiten nach und nach die typischen Zerfallsprozesse ein (siehe oben). Man kann das übrigens auch selbst sehen und messen: Belastet man kontinuierlich einen LiPo-Akku immer höher, folgt der Spannungsrückgang in einem großen Bereich den typischen Gesetzen des Innenwiderstands (also proportional), das heißt: höherer Strom = höherer Spannungsverlust – in beispielhaften Zahlen:

• 40 A = 3,6 V/Zelle
• 60 A = 3,5 V/Zelle
• 80 A = 3,4 V/Zelle

Jetzt kommt der springende Punkt: Geht man höher, also nun auf 100 A, bricht die Spannung nicht wie zunächst erwartet auf 3,3 V/Zelle ein (was logisch wäre). Schlagartig taucht die Spannung viel tiefer ab, oft weit unter 3,2 V/Zelle, teilweise sogar bis auf 2,9 V/Zelle. Dieser Grenzpunkt ist bei etwa 3,2 V/Zelle bei geladenem LiPo-Akku erreicht, also der Punkt der typischen Überlastung mit Schädigung!

Was das analog für LiPo-Akkus mit 60C oder mehr bedeutet, kann sich jeder anhand der dann theoretisch fließenden Ströme nach kurzem Rechnen selbst ausmalen. Natürlich ist zusätzlich zu bedenken, dass durch T-Plugs, XT60, EC3 oder auch Goldkontakte 4,0 mm maximal Dauerströme von weit unter 100 A fließen. Selbst die kurzzeitige Belastung eines LiPo-Akkus mit 60C oder gar 100C für eine Dauer von sagen wir 10 Sekunden dürfte der Lebensdauer kaum zuträglich sein, sofern die Zellen eine solche Tortur denn überhaupt verkraften. Technisch ist es zwar möglich – wohlgemerkt nach aktuellem Stand der Technik – LiPo-Akkus mit einer Belastbarkeit von maximal ca. 55C herzustellen, aber nicht in Massenproduktion für die Modellbauindustrie, sondern in wenigen handselektierten Einzelstücken. Zellen mit C-Raten jenseits 60C sind daher mehr Wunschdenken und Marketingtrick als Realität.

Quelle: CN Development & Media

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BeitragVerfasst: 12. Feb 2014, 21:44 
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Und da soll noch einer sagen er habe den Akku mit der höchsten Belastbarkeit und den höchsten Kapazität. Ein Hoch auf so Spinner wie mich der sich den Akku nach dem Gewicht aussucht.

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