Nickel-Kadmium

Bezogen auf die Lebenserwartung, sind die Nickel-Kadmium-Batterien die wiederstandfähigsten Batterien. Figur 1 zeigt Kapazität, Innenwiderstand und Selbstentladung einer Nickel-Kadmium-Batterie von 7,2V - 900mAh, mit Standardzellen. Aus zeitlichen Gründen wurde der Test nach 2300 Zyklen beendet. Die Kapazität blieb stabil, der Innenwiderstand blieb tief bei 75mO, und auch die Selbstentladung war stabil. Die Batterie erhielt die Note 'A' für beinah perfekte Leistung. Es muss bemerkt werden, dass Nickel-Kadmium eine mässige Energiedicht aufweist, periodische Vollentladung benötigt und giftige Metalle enthält..

Figur 1: Zyklen bezogene Leistungen von Standard-Nickel-Kadmium. 7.2V, 900mAh Diese Batterie erhält eine 'A' für beinah perfekte Leistung, in bezug auf stabile Kapazität, Innen-widerstand und Selbstentladung über viele Zyklen gemessen.

Die 'ultra-high Capacity'-Nickel-Kadmium-Batterie bietet eine bis zu 60% höhere Energiedichte, verglichen mit der Standardversion, auf Kosten einer reduzierten Lebenserwartung. In Figur 2 können wir ein gleichmässiges Nachlassen der Kapazität über 2000 Zyklen feststellen. Gleichzeitig steigt der Innenwiderstand leicht an. Eine namhafte Verschlechterung ab 1000 Zyklen stellt man bei der Selbstentladung fest.

Figur 2: Zyklen bezogene Leistungen einer 'ultra-high'-Nickel-Kadmium-Batterie 6V, 700mAhDiese Batterie bietet höhere Energiedichte als die Standard-version, auf Kosten einer reduzierten Lebenserwartung.

Nickel-Metallhydrid
Figur 3 untersucht eine Nickel-Metallhydrid-Batterie. Wir beobachten eine gute Leistung zu Beginn, aber ab 300 Zyklen werden die Messresultate rasch schlechter. Man kann ein starkes Ansteigen des Innenwiderstandes und der Selbstentladung ab Zyklus 700 feststellen. Nickel-Metallhydrid hat eine höhere Energiedichte als Nickel-Kadmium und enthält keine giftigen Metalle. Manche argumentieren, dass Nickel-Metallhydrid ein Zwischenschritt sei zu Lithium-Ion.

Figur 3:Zyklen bezogene Leistungen einer Nickel-Metallhydrid-Batterie 6V, 950mAh.Diese Batterie bietet gute Leistungen zu Beginn, aber ab 300 Zyklen verschlechtern sich Kapazität, Innenwiderstand und Selbstentladung schnell.

Lithium-Ion
In Figur 4 untersuchen wir die Kapazität und den Innenwiderstand einer Lithium-Ion-Batterie. Ein sanfter, aber voraussehbarer Kapazitätsabfall ab 1000 Zyklen ist zu beobachten, und der Innenwiderstand steigt nur leicht an. Wegen der nur unbedeutenden Werte, wurde die Selbstentladung in diesem Test nicht erfasst. Lithium-Ion bietet die höchste Energiedichte von den erwähnten Chemien und enthält keine giftigen Metalle. Ein begrenzter Endladestrom, die notwendige Schutzschaltung und der Alterungsprozess sind die negativen Punkte dieser Batterie.

Figur 4: Zyklen bezogene Leistungen von Lithium-Ion3.6V, 500mALithium-Ion bietet gute Kapazität und stabilen Innenwiderstand über 1000 Zyklen. Selbstentladung wurde nicht berücksichtig wegen der sehr kleinen Werte.

Wenn Batterietests in einer Laborumgebung durchgeführt werden, muss bemerkt werden, dass die Leistungen in einer geschützten Umgebung normalerweise besser sind als im Feld. Stresssituationen und Unbeständigkeit, wie sie im täglichen Gebrauch auftreten können, können im Laboratorium nicht zuverlässig simuliert werden. Nachfolgend einige Gründe dafür.

In einem totalen zyklischen Programm, wie es in diesem Test angewendet wurde, werden Batterien auf Nickelbasis keine Veränderungen in der Kristallstruktur (Memoryeffekt) erfahren. Der Memoryeffekt verkürzt die Batterielebenserwartung im täglichen Gebrauch, wenn die Batterie nicht korrekt gewartet wird. Die Durchführung eines monatlichen Vollentlade-/Ladezyklus löst dieses Problem. Nickel-Kadmium ist anfälliger auf den Memoryeffekt als Nickel-Metallhydird.

Für Lithium-Ion ist ein kontrollierter Lebenserwartungstest von Nutzen, weil der Alterungsprozess eine weniger wichtige Rolle spielt. Die Lebenserwartung von Lithium-Ion ist eine Kombination von der Anzahl Zyklen und dem Alterungsprozess. Alle Batterien unterliegen in verschiedener Stärke dem Alterungsprozess.

Ein weiterer Grund, warum solche Lebenserwartungstests positive Werte liefern, ist die überwachte Temperaturumgebung, in welcher solche Tests durchgeführt werden. Im richtigen Leben erfahren die Batterien eine viel unsanftere Behandlung und sind oft grössere Hitze ausgesetzt. Ausserdem wurden die Batterien für unseren Test mit klar definierten Ladealgorithmen geladen. Überladungen wurden vermieden, wie auch Beschädigungen durch Überhitzung. Billige Ladegeräte der Konsumelektronik warten die Batterien meistens nicht optimal.

Die Art der Belastung, mit der die Batterien entladen werden, spielen ebenfalls eine Rolle. Die oben erwähnten Tests entsprechen einer Gleichstromentladung. Digitale Geräte belasten die Batterie mit sehr starken Stromspitzen. Entsprechende Tests haben gezeigt, dass die Lebenserwartung verkürzt wird, wenn die Batterie mit Rechteckimpulsen anstelle von Gleichstrom entladen wird, selbst wenn die schliesslich gelieferte Energie dieselbe ist. Mobiltelefone, Laptop Computer und digitale Fotoapparate sind Geräte, die starke Stromspitzen ziehen.

Aus einem anderen Blickwinkel betrachtet, können Labortests jedoch auch härter sein für die Batterie, als im täglichen Feldeinsatz. In unserem Test wurde jedes Mal eine Vollentladung durchgeführt. Die Batterien auf Nickelbasis wurden auf 1.0V entladen und Lithium-Ion auf 3.0V/Zelle. In einem typischen Feldeinsatz ist die Entladung meistens nicht so tief. Eine teilweise Entladung bedeutet weniger Stress für die Batterie, was für Lthium-Ion-Batterien von Nutzen ist, wie auch in einem gewissen Ausmass für Nickel-Metallhydrid-Batterien. Nickel-Kadmium-Batterien sind am wenigsten beeinflusst durch volle Zyklen. Die Hersteller spezifizieren normalerweise die Lebenserwartung bei Entladungen von 80%.