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Lithium-Ionen-Akkus sind die leistungsfähigsten Energiespeichermedien, die es derzeit auf dem Markt gibt. Die Akkumulatoren weisen eine sehr hohe Energiedichte auf, die es ermöglicht, auch bei vergleichsweise kompakter Bauweise hervorragende Leistungen zu erbringen. Aus diesem Grund finden sie nicht nur in Tablets oder Digitalkameras Verbreitung, sondern auch für den Betrieb von elektrisch angetriebenen Flurförderfahrzeugen. Hier überzeugen die Kraftpakete zusätzlich damit, dass sie im Gegensatz zu anderen Batterie-Technologien zu jeder Zeit zwischengeladen werden können, sodass auch die Arbeit im Mehrschichtbetrieb bewerkstelligt werden kann.

Ermöglicht wird das durch den Aufbau und die Funktionsweise der Lithium-Ionen-Batterien: Zwischen einer positiven Elektrode aus je nach Akku-Typ unterschiedlich zusammengesetztem Metalloxid und einer negativen Elektrode aus Graphit bewegen sich ionisierte Lithium-Atome durch wasserfreies Elektrolyt oder Polymer. Ein Separator aus Vliesstoffen oder Polymer-Folien verhindert Kurzschlüsse im Innern der Akkus. Diese Bauweise, bei der elektrische Energie durch chemische Prozesse im Innern des Akkus gespeichert und für Elektro-Stapler oder andere Fahrzeuge nutzbar gemacht wird, bietet viele Vorteile:

  • Die Batterien können besonders hohe Stromstärken zur Verfügung stellen, sodass auch energieintensive Arbeitsvorgänge wie das Heben oder Verfahren hoher Lasten möglich sind.
  • Positiv ist auch der kaum noch vorhandene sogenannte Memory-Effekt bei Lithium-Ionen-Akkus. Batterien älterer Generationen verloren aufgrund dieses Effekts, der durch häufiges Teilentladen entsteht, kontinuierlich an Leistung. Bei Lithium-Ionen-Batterien fällt er jedoch so gering aus, dass auch bei längerem Betrieb die Kapazität konstant bleibt.
  • Das verlängert auch insgesamt die Lebensdauer der Lithium-Ionen-Akkus im Vergleich zu anderen Batterie-Technologien.

Der richtige Umgang mit Lithium-Ionen-Akkus

Wie jede Technologie haben auch Lithium-Ionen-Akkus nicht nur Vor,- sondern auch Nachteile. Diese zeigen sich vor allem in einer gewissen Temperaturempfindlichkeit: Trotz einer vergleichsweise sehr niedrigen Selbstentladung von nur 1–2 % im Jahr neigen Lithium-Ionen-Batterien bei Arbeits- und Lagertemperaturen von weniger als +5° Celsius und mehr als +35° Celsius zu einer Tiefentladung, durch die irreparable Schäden an den Batterien entstehen können. Die allermeisten Lithium-Ionen-Akkus verfügen daher über eine integrierte Steuerelektronik, die eine Tiefentladung effektiv verhindert.

Zusätzlich erweist sich das verbaute Lithium als sehr reaktionsfreudig. Bei kritisch defekten Akkus kann es durch eindringendes Wasser oder bereits durch eine zu hohe Raumluftfeuchtigkeit zur Überhitzung kommen, durch die eine Brandentwicklung begünstigt wird. Auch eine zu hohe Umgebungstemperatur fördert die Instabilität der Akkus. Aus diesem Grund sind Lithium-Ionen-Akkus vom Gesetzgeber als Gefahrgut eingestuft. Für den Transport und das Laden der Lithium-Ionen-Batterien müssen deshalb geeignete Lager- und Ladeeinrichtungen bereitstehen sowie bestimmte Sicherheitsvorschriften zum Brandschutz eingehalten werden. Für die Lagerung von Lithium-Ionen-Akkus wird außerdem geraten, den aktuellen Sicherheitsempfehlungen zu folgen.

So sollten die Akkus beispielsweise nur in dafür vorgesehenen Gefahrstoffschränken unter geeigneten Umgebungstemperaturen geladen und gelagert werden.  Hinsichtlich der Entsorgung und dem Recycling von Lithium-Ionen-Akkus sind die Vorschriften aus den Entsorgungsgesetzen zu berücksichtigen. Ein grossflächig standardisierter Recyclingprozess für Lithium-Ionen-Akkus, besonders für Kleinladungsträger, existiert noch nicht. Hier bieten die Rücknahmepflicht der Hersteller und Verkaufsstellen sowie Rücknahmesysteme wie INOBAT, BATREC oder REMONDIS geeignete Entsorgungsoptionen für Betriebe, die Lithium-Ionen-Akkus nutzen. Bei korrekter Handhabung können die Lithium-Ionen-Akkus so sicher und verlässlich im Betrieb eingesetzt werden und erreichen eine hohe Lebensdauer mit bis zu 800 möglichen Ladezyklen.

Vor- und Nachteile von Lithium-Ionen-Akkus

Um die Anschaffung von Lithium-Ionen-Hubwagen oder Elektro-Werkzeugen, die mit dieser Technologie angetrieben werden, fundiert planen und Folgekosten korrekt einschätzen zu können, ist es unerlässlich, beim Thema Lithium-Ionen-Akku Vor- und Nachteile gleichermaßen zu betrachten.

Vorteile von Lithium-Ionen-Akkus

Lithium-Ionen-Akkus gehören zu den fortschrittlichsten Energiespeichertechnologien. Aus diesem Grund werden sie in elektrisch betriebenen Geräten jeder Art verbaut – vom Smartphone über Akku-Werkzeugen bis hin zu Elektro-Staplern und E-Autos. Hier bieten sie viele Vorteile:

  • Große Stromstärke: Gerade für die Verwendung in Geräten wie Akku-Bohrern oder Elektro-Fahrzeugen wird eine große Menge Energie benötigt. Lithium-Batterien arbeiten hier sehr vorteilhaft, da sie besonders hohe Stromstärken bereitstellen können. Dadurch können sie auch für energieintensive Arbeitsvorgänge genügend Energie bereitstellen.
  • Hohe Energiedichte: Ein weiterer Vorteil von Lithium-Ionen-Batterien ist die hohe Energiedichte der Akkus: So kann in einem Li-Ionen-Akkus drei- bis viermal so viel Energie gespeichert werden, wie in einem Nickel-Kadmium-Akku (NiCd-Akku) derselben Größe. Das macht die Batterien vor allem für den Einsatz in Mobilgeräten interessant, die trotz ihrer geringen Größe eine hohe Nutzungsdauer garantieren sollen.
  • Geringe Selbstentladung: Im Gegensatz zu herkömmlichen Blei-Säure-Batterien ist die Selbstentladung von Lithium-Ionen-Batterien sehr niedrig: Der Kapazitätsverlust der Batterien beträgt nur 1–2 % im Monat. Durch die korrekte Lagerung der Lithium-Akkus kann diese auch bei Nichtbenutzung konstant gering gehalten werden. Um einer Tiefentladung sicher vorzubeugen, sollten die gelagerten Akkus trotzdem einmal im Monat nachgeladen werden.  
  • Kein Memory-Effekt: Der bei herkömmlichen NiCd-Akkus vorhandene Memory-Effekt sorgt mit der Zeit für einen Leistungsverlust der Batterien. Moderne Lithium-Ionen-Akkus arbeiten ohne diesen Memory-Effekt, sodass die Kapazität der Batterien konstantbleibt.
  • Zwischenladungen sind möglich: Ein weiterer Vorteil von Lithium-Ionen-Batterien ist, dass sie jederzeit zwischengeladen werden können, auch wenn der Akku noch nicht entleert ist. Hierbei kann die Zwischenladung vollständig oder auch nur teilweise stattfinden, ohne dass der Akku dadurch geschädigt wird.

Nachteile von Lithium-Batterien

Trotz der fortschrittlichen Technik, haben auch die Lithium-Batterien einige Nachteile. Obwohl viele dieser Nachteile in der Vergangenheit bereits durch technische Anpassungen beseitigt oder zumindest verbessert werden konnten, sind einige der „Schattenseiten“ der Lithium-Ionen-Akkus noch immer Thema.

  • Umweltverträglichkeit und Fairness bei der Rohstoffgewinnung: Gerade der Ausbau der Elektromobilität, die stark auf Li-Ionen-Akkumulatoren setzt, gilt als Fortschritt in Sachen Klima- und Umweltschutz. Indessen gehört die Rohstoffgewinnung für die Lithium-Ionen-Akkus aufgrund ihrer mangelnden Umweltverträglichkeit und häufig auch wegen der ausbeuterischen Abbaubedingungenzu den Nachteilen der Lithium-Batterien. Besonders der Abbau beziehungsweise die Gewinnung von Kobalt, Aluminium und Lithium ist zum Teil enorm umweltschädlich: Ein hoher Wasserverbrauch, Verschmutzungen durch ausgeschwemmte Giftstoffe und tiefgreifende Eingriffe in Landschaften und Ökosysteme machen die Rohstoffgewinnung zu einem großen Nachteil der Lithium-Ionen-Technologie. In vielen Abbau-Regionen finden die Arbeiten zudem unter ausbeuterischen Bedingungen statt, bei denen Arbeiter weder fair entlohnt werden noch vor dem Kontakt mit Giftstoffen geschützt sind. Dennoch gilt: Im Vergleich zu herkömmlich Blei-Säure-Batterien sind die Lithium-Ionen-Akkus die umweltfreundlichere Alternative. Darüber hinaus sind einige Verbindungen wie das Lithium-Eisenphosphat unbedenklicher als andere. Auch wird erfolgreich an der Optimierung der Abbauverfahren gearbeitet, um sie umweltfreundlicher zu gestalten.
  • Entsorgung und Recycling: Eng verbunden mit dem Thema der Materialkombinationen ist das Problem der Entsorgung und das Recycling der Lithium-Ionen-Akkus. Die hochreaktiven Bauteile der Akkus machen die Technologie zu gefährlichem Sondermüll, der entsprechend umsichtig entsorgt werden muss. Geschieht dies nicht, kann es zu gefährlichen Bränden kommen, bei denen giftige Gase in die Umwelt freigesetzt werden. Durch die Verbindung verschiedenster Rohstoffe gestaltet sich auch das Recycling von Lithium-Ionen-Akkus als besondere Herausforderung. Noch existiert dazu kein etabliertes Recyclingverfahren, um alle enthaltenen Rohstoffe schadstoffarm und in hoher Qualität wiedergewinnen zu können. Die Fachberater von Jungheinrich PROFISHOP beantworten Ihnen zu diesem Thema gern Ihre Fragen.
  • Tiefentladung: Ein häufig unterschätzter Nachteil von Lithium-Batterien ist das Problem der Tiefentladung: Durch die vollständige Entladung des Akkus kann es zur Umpolung und weiteren irreparablen Schäden in den Lithiumzellen kommen, die die Batterien vollständig zerstören können. Um das zu verhindern, müssen beim Laden und bei der Lagerung der Akkus einige Punkte beachtet werden. Viele moderne Geräte mit Lithium-Ionen-Technologie verfügen allerdings mittlerweile über eine integrierte Steuerelektronik, die vor einer Tiefentladung schützen.
  • Temperaturempfindlichkeit: Die hohe Temperaturempfindlichkeit von Lithium-Ionen-Akkus ist ein weiterer Nachteil, der sowohl den Ladestand als auch die Leistungsfähigkeit der Batterien betrifft. Sowohl bei niedrigen Temperaturen unter +5 Grad als auch bei hohen Temperaturen von mehr als +35 Grad Celsius reagieren viele Lithium-Batterien empfindlich. In einigen Fällen kann es sogar zur Tiefentladung kommen. Hier muss die reguläre Arbeits- und Nutzungsumgebung auf den Akku abgestimmt sein, um die Probleme zu umgehen.

Vorteile von Lithium-Ionen-Akkus überwiegen

Trotz der zum Teil nicht unerheblichen Nachteile von Lithium-Batterien, überwiegen die Vorteile der fortschrittlichen Technologie. Um die Akkus zukünftig flächendeckend für Elektro-Autos nutzbar zu machen, arbeiten Hersteller und Wissenschaftler bereits erfolgreich an der Optimierung der Batterien. Davon profitieren schlussendlich auch die Fahrzeuge der Intralogistik sowie Nutzer von Mobilgeräten und Elektro-Werkzeugen. Mit der richtigen Lagerung von Lithium-Ionen-Batterien können viele der Nachteile – wie etwa die der Tiefentladung oder Temperaturempfindlichkeit – zudem gut ausgeglichen werden.

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