Techniklexikon

Akkumulator

Elektrochemischer Energiespeicher, der oft auch als Batterie bezeichnet wird. Wie bei dieser, einer sog. Primärzelle, sind auch beim A. , einer Sekundärzelle, zwei Elektroden aus unterschiedlichen Materialien in einen Elektrolyten eingetaucht. Der vor allem im Auto immer noch übliche BleiA. ist mit 20%iger Schwefelsäure (Elektrolyt) gefüllt. Die Maschen der Elektrodenplatten aus Blei sind auf der positiven Seite mit Bleidioxid gefüllt, auf der negativen ist sog. Bleischwamm (porös) fein verteilt. Beim Entladen verbinden sich die positiven Bleiionen (Ionen) mit den negativen Sulfationen (im Elektrolyten) zu Bleisulfat, wobei Wasserstoff im Elektrolyten und Sauerstoff an der positiven Elektrode freiwerden und sich zu Wasser verbinden. Elektronen(Strom)lieferant ist der Bleischwamm der negativen Elektrode. Die Elektronen gelangen über den äußeren Leiter mit Verbraucher vom Minus- zum Pluspol. Beim Laden an einer Fremdstromquelle kehren sich die beim Entladen selbsttätig ablaufenden Vorgänge erzwungenermaßen um. - Beim Nickel-EisenA. besteht die positive Elektrode aus Nickelhydroxid, die negative aus feinverteiltem Eisen, Elektrolyt ist verdünnte Kalilauge. Der weitverbreitete Nickel-CadmiumA. , den es auch als gasdicht gekapselte Knopf- und Rundzellen gibt, enthält eine negative Elektrode aus Cadmium und Kaliumhydroxid als Elektrolyten. Mit dem Ziel höherer Speicherkapazität und längerer Lebensdauer wurden Natrium-Schwefel- und Lithium-SchwefelA. entwickelt. Ein sehr leichter A. , der praktisch ganz aus Kunststoffen hergestellt wird, basiert auf dem Prinzip der Zink-Brom-Batterie; er dürfte der Entwicklung des troautos förderlich sein. In der Elektronik: Spezielles Register innerhalb der Arithmetik-Logik-Einheit (ALU) einer Zentraleinheit zum Speichern einer der Operanden und nach Befehlsausführung auch des Ergebnisses der Operation. Der A. ist das Hauptarbeitsregister der ALU und wegen der parallelen Bitverarbeitung innerhalb der CPU als Register mit parallelem Ein- und Ausgang aufgebaut (PIPORegister, engl. Abk. für parallel in parallel out; parallele Eingabe, parallele Ausgabe). In der Fahrzeugtechnik: Siehe auch: Batterie Im Modellbau: Abk. Akku: technische Ausführungsform eines Sekundärelements als Zelle oder Batterie. Die breite Anwendung von A. für die Stromversorgung in Fernsteueranlagen und für Antriebe von Modellen ist vor allem auf die mehr- bzw. vielmalige Aufladbarkeit (je nach Typ 20... 1000 Zyklen), die hohen Entladeströme, die Robustheit und bei einigen Typen auch auf die Wartungsfreiheit zurückzuführen. Praktische Bedeutung haben verschiedene Formen von Blei- und NickelKadmiumAkkumulatoren erlangt. Der SilberZinkAkkumulator ist sehr teuer und wird nur selten bei Hochleistungsmodellen (Rennbootmodelle) angewendet. Für den Modellbetrieb eignen sich besonders wartungsfreie oder gasdichte A., die in beliebiger Lage im Modell eingebaut werden können. Eine große Typenvielfalt ermöglicht die optimale Anpassung des A. an die Antriebs- oder Steuerungsaufgabe. 1) Elektrotechnik: Akku, Sammler, Sekundärelement, Sekundärzelle, ein galvanisches Element, das wegen seines geringen Innenwiderstandes wieder aufgeladen werden kann, im Gegensatz zu Primärelementen, die beim Wiederaufladen so starke Wärme entwickeln, dass sie explodieren könnten. Die Kapazität K, d.h. die speicher- bzw. entnehmbare Ladungsmenge, ist abhängig von der Stromstärke und wird daher mit dieser zusammen angegeben, z.B. bedeutet "K₅ = 100Ah", dass bei 5h Entladezeit 100Ah entnommen werden können, die Stromstärke beträgt dann also 20A (diese Bedeutung des Begriffes "Kapazität" darf nicht mit der in der klassischen Elektrodynamik verwendeten Kapazität eines Kondensators verwechselt werden). Die Kapazität von Akkumulatoren variiert zwischen 0,1 und 12000Ah. Ausser der Kapazität bestimmen die Energiedichte (gespeicherte Energie pro g oder cm³ Akkumulatormaterial), die Leistungsdichte (maximal entnehmbare elektrische Leistung), die Klemmenspannung U₀ und der energetische Wirkungsgrad (Verhältnis von beim Laden zugeführter und beim Entladen entnommener Energie, typische Werte: 50-80%) die Eigenschaften eines Akkumulators. Ausserdem spielen die Temperaturverträglichkeit, die Vollständigkeit der Reversibilltät der Be- und Entladereaktionen und damit die Lebensdauer des Akkumulators und schliesslich die Wartungsfreiheit der Zellen eine grosse Rolle.

Akkumulatoren gibt es sowohl als Knopfzellen, z.B. in Taschenrechnern, und Kleinbatterien, z.B. für Taschenlampen, Walkmen u.ä., als auch als grosse Monoblockzellen oder ortsfeste Zellen, wie die Kfz-Starterbatterie, die Traktionsbatterie eines Elektroautos oder Einrichtungen zur netzunabhängigen Stromversorgung. Die beiden wichtigsten Typen sind der Bleiakkumulator und der Nickel-Cadmium-Akkumulator sowie der Nickel-Eisen- oder Edison-Akkumulator. Der Bleiakkumulator erlaubt durch seinen besonders geringen Innenwiderstand von etwa 4mW kurzzeitig sehr starke Ströme (bis einige 100A), die beim Autoanlassen erforderlich sind. Nachteilig sind das grosse Gewicht, die Kälteempfindlichkeit und die Empfindlichkeit gegen Erschütterungen. Der Nickel-Eisen- und der Nickel-Cadmium-Akkumulator besitzen geringere Wirkungsgrade von 50 bzw. 57%, sind aber leichter und unempfindlicher gegen Erschütterungen, Entnahme bei grossen Stromstärken und langes Lagern ohne Stromentnahme. Nickel-Cadmium-Batterien sind darüber hinaus gasdicht, kälteunempfindlich und können sich bei Überladung selbst "reparieren", haben daher in vielen Bereichen herkömmliche, nicht aufladbare Batterien ersetzen können (Weltjahresproduktion 1996: ca. eine Milliarde). Ein grosser Nachteil ist allerdings die Verwendung des giftigen Schwermetalls Cadmium. Neuere Entwicklungen wie die Nickel-Metallhydrid-Akkumulatoren (Verwendung z.B. in Mobiltelephonen oder tragbaren Computern), der auf Nickel und Kochsalz basierende Zebra-Akkumulator (Zero Emission Batterie Research Activity) oder (wiederaufladbare) Lithium-Ionen-Batterien versuchen daher bei gleichzeitiger Verbesserung der sonstigen Akkumulator-Eigenschaften die Verwendung giftiger Stoffe zu vermeiden.

2) Elektronik: AC, das Haupt-Arbeitsregister einer zentralen Verarbeitungseinheit, in dem die Daten gespeichert und elementare Operationen ausgeführt werden. Der Akkumulatorinhalt kann inkrementiert und dekrementiert werden (Binärwert um eine Einheit erhöht bzw. verringert). Desweiteren kann der Akkumulatorinhalt um eine Stelle nach links oder rechts verschoben werden (Bitshift). In Verbindung mit der arithmetisch-logischen Einheit (ALU) kann der Akkumulatorinhalt mit dem eines internen oder externen Registers verrechnet werden. Das Ergebnis dieser Operation wird anschliessend wieder in den Akkumulator zurückgeschrieben. In vielen Maschinenbefehlen ist der Akkumulator ein vordefinierter Operand. [FG1, MD]

Akkumulator: Schema eines Bleiakkumulators.