Elektor

2/2000

und Kathode haben sich weitgehend
durchgesetzt: Graphit oder Koks für
Anode, Lithium-Kobaltoxyd oder die
Lithium-Manganoxyd für die Kathode,
wobei ein organischer flüssiger Elek-
trolyt verwendet wird, der Lithium-
Salz enthält. Die höchste Energiedichte
und Zyklenstabilität (Lebensdauer)
ergibt sich bei der Kombination Gra-
phit/Li-Kobaltoxid, die auch von den
meisten Herstellern bevorzugt wird.
Mit Li-Manganoxid ist die spezifische
Kapazität etwas geringer, dafür bietet
dieses Material aber Kosten- und
Umweltvorteile und dürfte deshalb in
Zukunft noch an Bedeutung gewin-
nen. Als alternatives Kathodenmaterial
kommt auch Lithium-Nickeloxyd in

Betracht, das in den Eigenschaften eine
Mittelstellung zwischen Li-Kobalt- und
Li-Manganoxid einnimmt.

G

R O S S U N D

K

L E I N

Seit kurzem gibt es aufladbare Li-
Ionen-Batterien auch in ganz kleinen
Bauformen, nämlich als Knopfzelle
(Bild 1). Hauptanwendung ist die Spei-
cher-Pufferung im Computerbereich.
Allein für den Backup von Echtzeituh-
ren (Real Time Clock – RTC) in PCs
werden etwa 120 Millionen Stück pro
Jahr gebraucht. Gegenüber bisher ver-
wendeten aufladbaren NiCd- oder
NiMH-Knopfzellen ergibt sich neben
der wesentlich geringeren Selbstentla-
dung (Jahre statt Monate) der Vorteil,

Eigentlich könnte man meinen, seit

der Einführung der Li-Ionen-Akkus

vor immerhin schon fünf Jahren

hätte es nicht mehr viel

Neues gegeben. Eine

aktuelle Bestandsauf-

nahme zeigt aber,

dass sich neben Fort-

schritten im Detail

größere Veränderungen

abzeichnen, wie die

Umstellung der Strom-

versorgung im Auto auf

42 V, die Einführung von

Lithium-Polymer-Akkus im

Mobilfunkbereich und das

Aus für den Nickel-Cadmium-Akku

innerhalb weniger Jahre.

56

Fortschritte im Detail –

spätere Revolutionen nicht ausgeschlossen

INFO & GRUNDLAGEN

Neues von

Akkus und Batterien

Li-Ionen-Akkus wurden erstmals 1994
in Elektor vorgestellt. Einen ausführli-
chen Bericht über Eigenschaften und
Anwendung von Li-Ionen-Akkus
einschließlich der Ladetechnik konnte
Elektor bereits in der Ausgabe Septem-
ber 1996 veröffentlichen. Seither hat
die Verbreitung vor allem bei Laptops
und Camcordern weiter zugenom-
men. Die Produktionsstückzahlen
haben sich von 140 Millionen (1996)
auf 385 Millionen (1999) mehr als ver-
doppelt. Lediglich bei den Mobilfunk-
akkus hat sich der Li-Ion-Anteil in
Europa (im Gegensatz zu Japan) eher
rückläufig entwickelt. Die Technologie
ist im wesentlichen unverändert, die
bekannten Kombinationen für Anode

dass eine einzige Li-Ion-Knopfzelle mit
3,6 bis 3,8 V Spannung drei NiCd- oder
NiMH-Knopfzellen (nur 1,2 V) erset-
zen kann. Außerdem ist bei Verwen-
dung von Manganoxid als Kathoden-
material auch die Umweltverträglich-
keit besser als bei Akkus, die Nickel,
Kobalt oder gar Cadmium enthalten.
Erstaunlich schnell ist Li-Ion auch in
den Wettbewerb der Hochleistungs-
batterien für Elektro- und Hybridfahr-
zeuge eingetreten. In Frankreich rollen
schon die ersten Peugeot 106 “Vedelic”
über die Straßen, die mit Li-Ionen-
Akkus von SAFT eine Reichweite von
200 km und eine Maximalgeschwin-
digkeit von 110 km/h erreichen. Auch
die neuste Li-Ion-Generation ist schon
in Versuchsfahrzeugen vertreten: Lit-
hium-Polymer-Akkus von 3-M-Hydro-
Quebec zeigen bereits gute Ergebnisse.
Die Hersteller versprechen sich von Li-
Ion noch ein großes Entwicklungspo-
tenzial, das einen weiterhin hohen For-
schungsaufwand rechtfertigt.

L

I T H I U M

- P

O L Y M E R

Die schon viele Jahre andauernde
Entwicklung fester Polymerelektrolyte
soll Lithiumzellen ermöglichen, bei
denen der bisher nur als Separator
dienende mikroporöse Polymerfilm
zwischen Anode und Kathode gleich-
zeitig auch den konventionellen flüs-
sigen organischen Elektrolyten
ersetzt. Bei reinen Polymerelektro-
lyten liegt das zu lösende Problem in
der geringen Lithium-Ionen-Leit-
fähigkeit, die erst bei höheren Tempe-
raturen (100

°C und mehr) ausreicht

und bei Raumtemperatur die Belast-
barkeit der Zellen limitiert. Die heute
erhältlichen Li-Polymerakkus ver-
wenden daher einen Polymerelektro-
lyten, bei dem nicht das Polymer, son-
dern nach wie vor ein Flüssigelektrolyt
die Ionenleitung bewirkt. Der Trick
dabei ist aber, dass der Polymerfilm
den Elektrolyten so vollständig in sich
aufnimmt, dass er die mechanischen
Eigenschaften eines Plastikfilms auf-
weist (als eine Art “trockener Flüssig-
elektrolyt”). Wenn es nun auch
gelingt, für Anode und Kathode
dünne Schichten zu verwenden, las-
sen sich sehr flache Einzelzellen reali-
sieren, die sich zu den unterschied-
lichsten Bauformen stapeln lassen
(Bild 2). Ziel der Entwicklung ist eine
weitere Energiesteigerung durch die
Verwendung von metallischem Lit-
hium als Anodenmaterial. In Verbin-
dung mit reinen Polymerelektrolyten
wird auch eine elektronische Schutz-
schaltung überflüssig, was die
gewichtsbezogene Energiedichte
ebenfalls verbessert. Aufladbare Li-
Polymer-Zellen mit 0,5 bis 0,7 mm
Bauhöhe lassen sich bereits industriell
herstellen. Die ersten im Mobilfunk-
bereich eingesetzten Geräteakkus sind
etwa 3 bis 7 mm dick und haben

Kapazitäten von 450 bis 700 mAh
(z.B. 500 mAh, Spannung 3,7 V,
Abmessungen 50 mm x 33 mm x 4
mm, Gewicht nur 15 g!). Neben der
hohen Energiedichte und der verbes-
serten Sicherheit (kein Auslaufen
möglich, Kurzschlussschutz durch
Polymer) liegt der Vorteil in der
Designflexibilität, so lässt sich der
Akku in Gehäuseteile integrieren,
zum Beispiel in die Rückseite des Dis-
plays bei einem Notebook.
Ein anderer Anwendungsbereich von
Li-Polymer ist die Stromversorgung
von Smartcards durch extrem dünne
Folienbatterien, die derzeit aber noch
nicht aufladbar sind.

B

Y E

,

B Y E

N

I C A D

Bekannt ist es schon länger, aber es hat
sich noch nicht so herumgesprochen:
Die Tage des NiCd-Akkus sind gezählt.
Der Entwurf einer EU-Richtlinie sieht
ein Verbot von NiCd-Akkus ab 2008
vor – und die heimische Industrie
nimmt´s relativ gelassen, zumal NiCd-
Akkus größtenteils in Asien gefertigt
werden. Das Aus für NiCd ist aber
nicht nur dem Umweltschutz zu ver-
danken, sondern auch der Tatsache,
dass sie sich mittlerweile fast immer
durch NiMH-Akkus ersetzen lassen.
Das gilt auch für die Notstromversor-
gung, für schnurlose Telefone und
neuerdings sogar für ausgesprochene

57

Elektor

2/2000

Bild 1. Aufladbare Li-Ion-Knopfzellen haben gute
Aussichten, den Markt für Speicher-Pufferbatterien
zu erobern. Vorteile: Geringe Selbstentladung – und
3,6 V pro Zelle!

2

Bild 2. Prinzipieller Aufbau einer Li-Polymer-Batterie.
Bei Verwendung einer einzigen Folienlage anstelle
eines Wickels kann der Akku so flach ausgeführt
werden, dass er sogar in eine Chipkarte passt.

H o c h s t r o m - A n w e n d u n g e n
(Akkuschrauber, Bohrmaschinen, Elek-
trofahrzeuge, Modellbau). Aus den im
Hochstrom-Bereich weit verbreiteten
Sub-C-Rundzellen (23 mm Durchmes-
ser, 42,6 mm Gesamtlänge) lassen sich
heute Spitzenströme bis zu 40 A ziehen
(Bild 3a und 3b) und Kapazitäten von
bis zu 3 Ah erreichen. Die Kapazitäts-
entwicklung scheint bei NiMH noch
immer nicht ausgereizt. Waren vor
kurzem für die Standardgröße AA
(Mignon) Kapazitäten von 1200 bis
1300 mAh Standard, liegt der “Stan-
dard” heute schon bei 1500-1600 mAh
und im Laufe des Jahres wahrschein-
lich schon bei 1800 mAh. Gegenüber
NiCd erreichen NiMH-Zellen damit
mittlerweile ungefähr die doppelte
Kapazität. Auch der Abstand zu
primären Alkali-Mangan Batterien
wird bei mittleren Strömen immer klei-
ner. Bei hohen Strömen ist die mit
NiMH-Akkus erreichbare Betriebs-
dauer ohnehin größer als bei Alkali-
Batterien gleicher Bauform.
Anzumerken ist allerdings, dass die
sehr hohe Nennkapazität bei den
“hochgezüchteten” NiMH-Akkus mit
geringerer Zyklenlebensdauer und
Robustheit erkauft werden muss. Bei
Anwendungen mit Standbyladung
oder häufiger Tiefentladung, wie etwa
bei schnurlosen Telefonen, sollte man
daher den preiswerteren und robuste-
ren NiMH-Akkus mit geringerer Kapa-
zität den Vorzug geben. So haben zum
Beispiel die von Varta speziell für den
Ersatz von NiCd-Mignons in DECT-
Telefonen angebotenen “Phone-
Power”-Akkus in NiMH-Technik (Bild
4) im Interesse der Lebensdauer eine
Kapazität von “nur” 1100 mAh.
Dem raschen Kapazitätszuwachs bei
gleichzeitig niedrigen Kosten ist es
auch zu verdanken, dass sich Li-Ion
entgegen den Prognosen im GSM-
Markt (noch) nicht durchgesetzt hat.
Auch in Geräten der gehobenen Klasse
konnte sich NiMH behaupten. Mittler-
weile gibt es sogar spezielle Span-
nungswandler-ICs, um in einem
Handy eine Lithiumzelle (3,6 V) durch
zwei NiMH-Zellen (2,4 V) ersetzen zu
können.
Die Entwicklung hochstromfester
NiMH-Zellen hat auch dazu geführt,
dass für Fahrzeuge mit Hybridantrieb
kleine, leistungsstarke NiMH-Batterien
gut im Rennen liegen. Ein Beipiel
dafür ist eine NiMH-Fahrzeugbatterie
250 V/10 Ah von Varta, die in einem
“Smart” über 50.000 km ohne Probleme
hinter sich brachte. Für den
Langstrecken-Elektrorennwagen
“Panoz Q9” hat ein Varta-Team sogar
eine NiMH-Batterie entwickelt, die bei
nur 100 kg Gewicht sensationelle 90
kW liefert.

S

C H N A P S

- A

K K U

Im Prinzip keine Schnaps-Idee: In der

58

Elektor

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1.4

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0

5

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25

30

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Ladung = 220 mA x 14 hrs bei 20

°

C

Spannung [V]

11A

(5C)

6.5A

(3C)

4.4A

(2C)

Entladezeit [min]

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0.6

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0

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2

2.5

3

3.5

4

1.5

990055 - 13

Spannung [V]

40 A Entladung

geladen mit 1C x 72

Entladezeit [min]

3

a

b

Bild 3. Entladung einer NiMH-Zelle (Sub-C) mit
sehr hohen Strömen (Bild 3 a) und bei einem
“Beinahe-Kurzschluss” von 40 A (Bild 3b).

Bild 4. Für den Ersatz der 600-mAh-NiCd-Akkus im
DECT-Telefon empfehlen sich die robusten NiMH-
Akkus mit 1100 mAh Kapazität.

letzten Zeit gab es immer wieder
Berichte über Mikro-Brennstoffzellen
für Laptops, die mit Alkohol (Metha-
nol) betankt werden können.
Während Experten den Ankündigun-
gen des Entwicklers Bob Hockaday aus
den USA eher skeptisch begegnen, gibt
es auch in Deutschland eine ähnliche
Entwicklung, die schon recht konkrete
Ergebnisse zeitigt. Dr. Angelika Hein-
zel vom Fraunhofer-Institut für Solare
Energiesysteme ISE wurde dafür
gemeinsam mit dem ehemaligen ISE-
Mitarbeiter Dr. Roland Nolte sogar für
den Deutschen Zukunftspreis nomi-
niert. Bei der am ISE entwickelten
Brennstoffzelle werden die einzelnen
Zellen im Gegensatz zu herkömmli-
chen Brennstoffzellen nebeneinander
und nicht aufeinander gestapelt.
Dadurch ist diese so genannte Streifen-
Brennstoffzelle extrem flach und flexi-
bel und kann in beliebige Gehäusefor-
men eingebaut werden. Mehrere Strei-
fenzellen können wieder gestapelt
werden, wobei Materialien und Bau-
weise für eine kostengünstige Serien-
produktion geeignet erscheinen.
Damit könnte die Streifenzelle bald
Batterien in vielen portablen elektroni-
schen Geräten ersetzen, was einer
Revolution bei den Gerätebatterien
gleichkäme.
Bereits 1998 konstruierten die Freibur-
ger Forscher ein Labormodell für einen
Laptop mit einer Leistung von 25 W,
das von einem Metallhydrid-Wasser-
stoffspeicher mit einer Kapazität von
400 Wh (etwa 130 l Wasserstoff)
gespeist wird. Beide Komponenten –
Brennstoffzelle und Speicher – sind
zusammen etwa so groß wie der nor-
male Laptop-Akku, ermöglichen aber
am verwendeten Laptop statt wie bis-
her 2 bis 3 Stunden ganze 10 Stunden
Betrieb. Streifen-Brennstoffzellen kön-
nen damit schon heute eine höhere
Energiedichte pro Volumeneinheit als
Li-Ionen-Akkus erzielen und bieten
darüber hinaus auch Vorteile bei der
Lebensdauer und bei den Recyclingei-
genschaften. Das Entwicklungspoten-
tial ist noch groß, da die eigentliche
Miniaturisierung aller Komponenten
erst jetzt beginnt.

D

A S

4 2 - V - A

U T O

Vor etwa 35 Jahren erfolgte die Umstel-
lung vom 6- auf das 12-V-Bordnetz, die
nur wenig später auch zur Einführung
der Drehstromlichtmaschine führte.
Am Beginn des neuen Jahrhunderts
steht die Umstellung von 12 auf 36 V
(Nennspannung der Batterie), die
wahrscheinlich einhergeht mit der Ein-
führung des KSGs – des Kurbelwellen-
startergenerators. Was die Spannung
des Bordnetzes betrifft, spricht man
vom Übergang von 14 V auf 42 V.
Dabei bleibt das 14-V-Netz aber für die
Auto-Elektronik und für elektrische
Verbraucher mit niedrigem Leistungs-

bedarf erhalten (Bild 5). Für dieses
System gibt es viele gute Gründe, die
wichtigsten sind: Erhöhter elektrischer
Leistungsbedarf durch immer mehr
Elektrik/Elektronik im Auto, Verbesse-
rung des Wirkungsgrads des elektri-
schen Systems und schließlich
Gewichtseinsparung. Mit der höheren
Spannung verbessert sich der Wir-
kungsgrad, außerdem lässt sich das 2-
Spannungs-System mit zwei Akkus für
die unterschiedlichen Anforderungen
optimieren. Sowohl für die 12-V- als
auch für die 36-V-Batterie bietet sich
eine verbesserte Blei-Säure-Batterie an,
die so genannte AGM-Batterie (Absor-
bent Glass Mat), bei der ein Mikro-
Glasvlies zwischen den (gewichts-
form- und legierungsoptimierten) Plat-

ten die Säure aufsaugt. Die AGM-Bat-
terie ist dadurch auch im Berstfall aus-
laufsicher, absolut wartungsfrei, leich-
ter, kompakter und mit bis zu dreimal
höherer Zyklenfestigkeit besonders als
Versorgungsbatterie geeignet. Für die
36-V-Batterie könnten künftig auch
Nickel-Metallhydrid- und Li-Ion-
Akkus eingesetzt werden.
Für das Ziel der Energie- und Gewicht-
seinsparung erscheint das 2-Span-
nungs-Konzept in Verbindung mit
einem Kurbelwellenstartergenerator
(KSG) interessant (Bild 6). Der KSG ist
eine sehr kompakt gebaute 3-phasige
Asynchronmaschine, die als Anlasser-
motor und Generator betrieben und
zwischen Motor und Getriebe inte-
griert wird. Eine Elektronikbox über-

59

Elektor

2/2000

Bild 5. Mit 36-V-Akkus ins neue Jahrtausend. Das
Auto-Bordnetz der Zukunft hat 14 und 42 V.

Bild 6. Die Asynchronmaschine im Antriebs-
strang: Kurbelwellen-Startergenerator KSG im 2-
Spannungs-Bordnetz.

M

G

Starter

Generator

Batterie 2

Batterie 1

36V

+

+

DC

DC

42V

Hochlast-

verbraucher

14V

Verbraucher

12V

990055 - 14

5

Teilbordnetz

42V

Teilbordnetz

14V

12V Batterie

Getriebe

990055 - 15

Verbrennungsmotor

36V Batterie

KSG

Elektronik

CAN

Sensor

6

nimmt dabei alle Steuer- und Regel-
funktionen. Dazu gehören neben dem
3-phasigen Starter-Wechselrichter mit
68 kVA Schaltleistung die Generatorre-
gelung, die Laderegelung für die bei-
den Batterien und ein bidirektionaler
DC/DC-Konverter 42 V/14 V mit 3 KW.
Für den Generatorbetrieb wurde im
(praktisch genutzten) Leistungsbereich
bis 4,2 kW ein Gesamtwirkungsgrad
(inklusive Elektronikverluste) von bis
zu über 90 % nachgewiesen. Aufgrund
der Auslegung für das hohe Startmo-
ment kann der KSG als Generator bis
über 20 KW liefern und optional so
angesteuert werden, dass er während
der Fahrt Drehungleichförmigkeiten
des Motors dynamisch ausgleicht und
Schwingungen des Antriebsstrangs
(“Ruckelschwingungen”) dämpft. Bei
entsprechender Akkukapazität kann
der KSG auch als Anfahr- und
Beschleunigungshilfe den Verbren-
nungsmotor unterstützen, so dass sich
bereits Ansätze zu hybriden Antriebs-
konzepten erkennen lassen.

Z

U M

S

C H L U S S

:

A

L K A L I M I T U N D

O H N E

A

U F L A D U N G

Zuerst einmal zu den nicht aufladba-
ren: Hier ist eine neue Generation von
Alkali-Mangan-Batterien mit höherer
Kapazität und wesentlich verbesserten
Hochstrom-Eigenschaften auf den
Markt gekommen. Die neuen High-
Power-Typen der bekannten Marken
wie Varta, Panasonic und Philips sind
den bisherigen Alkali-Mangan-Zellen
deutlich überlegen. Bei hohen Bela-
stungen verlängert sich die Betriebs-
dauer um bis zu 45 % , was in einer
extremen Hochstromanwendung
(1000 mA aus einer Mignon-Zelle)
einer Entladezeit von fast 1,5 Stunden
(statt bisher etwa 1 Stunde) entspricht.
Bei 600 mA kommt man jetzt auf deut-
lich über 2 Stunden, bei 150 mA auf
etwa 14 und bei 120 mA auf über 18
Stunden Betriebszeit.
Hauptfaktoren für die Verbesserung
sind ein verringerter Innenwiderstand
durch die Verwendung von graphi-
tierten Bechern und feinkörnigem
hochleitfähigen Graphit für die
Kathode sowie ein verbessertes Zink-
Gel für die Anode und eine verbesserte
Füllung mit Mangandioxid durch eine
Erweiterung des Innenvolumens.
Mit solchen Leistungen können die
wiederaufladbaren Alkali-Batterien (im
Gegensatz zu den neuesten NiMH-
Zellen) nicht aufwarten. Die von den
Anbietern immer sehr betonten “ech-
ten” 1,5 V als Zellenspannung relati-
vieren sich ebenfalls, da die Spannung
je nach Belastung mehr oder weniger
schnell absinkt und im Durchschnitt
(über die gesamte Entladedauer) auch
nicht höher ist als etwa 1,2 V. Der
Innenwiderstand ist relativ hoch, so
dass die Kapazität bei höheren Entla-

deströmen schnell abnimmt. Eine wie-
deraufladbare Mignonzelle erreicht
ihre Nennkapazität (1800 mAh) bei
einer typischen Belastung von nur 30
mA, bei 125 mA sind es noch etwa 1500
mAh und bei 300 mA nur noch 1200
mAh (immer bei Entladung bis 0,9 V).
Diese Kapazitätswerte gelten aber nur
für die erste Entladung der fabrikfri-
schen Batterie. Wie sich die Kapazität
mit der Zahl der Nachladungen ver-
ringert, ist in Bild 7 für eine Entladung
mit 125 mA zu sehen. Um eine höhere
Zyklenzahl zu erreichen, muss die Ent-
ladung daher schon bei einer höheren

Spannung als 0,9 V beendet werden,
während eine tiefergehende Entla-
dung die Zahl der möglichen Zyklen
drastisch reduziert.
Ein deutlicher Vorteil gegenüber
NiMH-Akkus ist sicherlich die gerin-
gere Selbstentladung, hingegen ist die
bessere Umweltverträglichkeit trotz des
“Blauen Engels” einer wiederaufladba-
ren Alkali-Batteriemarke diskutabel.
Die Umweltbelastung durch eine ein-
zelne Zelle (bei Herstellung und Ent-
sorgung) mag durchaus geringer sein
als bei NiMH, es ist aber auch zu sehen,
dass für den gleichen Energiedurchsatz

60

Elektor

2/2000

1.7

1.5

1.3

1.1

0.9

0,7

0.5

0.3

0

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2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

1.9

990055 - 16

Spann

ung [V]

Entladezeit [h]

cycle

25

10

5

1

7

Bild 7. Spannungs-Kennlinie einer aufladbaren
Alkali-Mignonzelle bei 125 mA Entladestrom
(Accucell) und 25 Zyklen.

10

20

50

100

200

600

0

0.0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

1.2

50

100

150

200

990055 - 17

Zyklen

Kapazität pr

o Zyklus (Ah)

Kapazität pro Zyklus

K

u

m

ulative Kapazität (Ah)

Kumulative Kapazität

Bild 8. Der Zusammenhang zwischen Entladung-
stiefe, Zyklenzahl und kumulativer Kapazität (auf-
ladbare RAM

TM

-Zelle der Größe Mignon). Bei 1000

mAh Entladung ist die Zelle schon nach 10 Zyklen
verbraucht.

8

ein Vielfaches an Alkali-Zellen ver-
braucht wird (siehe Bild 8). Demnach
erreicht eine aufladbare Alkali-Mig-
nonzelle selbst bei einer relativ gerin-
gen Entladetiefe von nur 0,5 Ah pro
Zyklus nach Herstellerangabe eine
kumulative Kapazität von etwa 75 Ah.
Ganz anders sieht es beim NiMH-Akku
aus: Auch wenn man die von den Her-
stellern angegebenen Zyklenzahlen
(>1000) in der Praxis nicht immer
erreicht, bringt es eine gleich große
NiMH-Zelle doch wenigstens auf 500
Ah (das wären weniger als 500 Zyklen),
womit sich nicht nur 10 bis 50, sondern
bei vernünftiger Behandlung auch 100
bis 500 (nicht-aufladbare) Alkali-Man-
gan-Batterien ersetzen lassen. Welcher
Umweltbeitrag ist nun größer?

(990055e)

61

Elektor

2/2000

Literatur:

Akkus und Ladetechniken, Elektor

12/1994, S. 68 ff.

Alkali-Mangan-Akkuzellen, Elektor

5/1995, S. 34 ff.

Alkali-Akku-Lader, Elektor 7-8/1995, S.

52 ff.

Akku-Technologie - Zellen für jede

Anwendung, Elektor 9/1996, S. 52 ff.

Ladecontroller für Lithium-Ionen-Akkus,

Elektor 9/1996, S. 56 ff.

Alkali-Refresher, Elektor 12/1996, S. 20 ff.
Alkali-Lader und neu Zellen, Elektor

1/1997, S. 12 ff.

Kapazitätsmesser für Lithium-Ionen-

Akkus, Elektor 7-8/1997, S. 68

Lithium-Akkulader, Elektor 7-8/99, S. 59

Interessante Links:

http://www.varta.de
http://www.saft.fr
http://www.ise.fhg.de
http://www.conti.de/cas/isad
http://www.lithiumpolymerbattery.com
http://www.valence-tech.com
http://www.gaia-akku.com
http://www.electrochem.org
http://www.energyrelatedevices.com
http://www.eveready.com
http://www.accucell.de
http://www.bti.ca/corp.htm
http://www.rayovac.com/products/recharge/

recharge.shtml

Die Geschichte der Elektronik (12)

Mit der Produktion von Elektronenröhren begann man in Europa
und den USA schon 1913, also rund sechs Jahre nach ihrer Erfin-
dung. Die ersten Röhren konnten äußerlich ihre Verwandtschaft mit
der Glühlampe nicht verleugnen, so dass sich zunächst der Name

”Radiolampe” einbürgerte. An die großvolumigen Glaskolben waren
Isolierstoffsockel angepresst, und Schraubverbindungen stellten die
Anschlüsse zu den Elektroden her. Es gab auch Ausführungen mit
zwei Sockeln, von denen der eine unten und der andere oben saß.
Nachdem die ersten Verstärkerröhren verfügbar waren, begann eine
Zeit, die zahlreiche Erfindungen und Entwicklungen auf schaltungs-
technischem Gebiet hervorbrachte. Berühmte Beispiele sind der HF-
Verstärker (Otto von Bronk) und der Oszillator mit induktiver Rück-
kopplung (Alexander Meissner). Andere wichtige Grundschaltungen
stammen von den Amerikanern Edwin H. Amstrong und R. V. L.
Hartley sowie von C. S. Franklin, einem Mitarbeiter Marconis. Die
Röhren machten es möglich, dass hochfrequente Trägersignale
amplitudenmoduliert werden konnten, indem man eine Triode als
HF-Verstärker betrieb und das niederfrequente Modulationssignal
der negativen Gitterspannung überlagerte. Im Empfänger trennte
eine Röhren-Diode das Modulationssignal vom Träger. Die draht-
lose Übertragung von Sprache und Musik konnte nun in großem Stil
beginnen. In jener Zeit wurde die Elektronik zum größten Teil von
der Funktechnik und deren Fortschritten geprägt, andere wichtige
Gebiete kamen erst etwas später hinzu.
Die Röhrenkonstruktionen waren in der Pionierzeit alles andere als
vollkommen. Das Steuergitter und die Anode bilden bei einer Triode
eine nicht zu vernachlässigende Kapazität, die eine kapazitive Rück-

wirkung verursacht und die Verstärkung herabsetzt. Walter Schottky
untersuchte diesen Effekt und kam zu dem Ergebnis, dass man die
störende Kapazität wesentlich verringern kann, wenn man zwischen
Gitter und Anode eine Abschirmung in Form eines ”Schirmgitters”
einfügt. Die Röhre bekam den Namen ”Tetrode”, da sie nun vier
Elektroden besaß (tetra = vier).
Eine weitere Entwicklung aus dieser Zeit ist das Kondensator-
mikrofon, dessen Prinzip schon 1863 von William Thomson
beschrieben worden war. Damals fehlte jedoch die Verstärkertechnik,
so dass die Theorie nicht in die Praxis umgesetzt werden konnte. Ein
Kondensatormikrofon ist im Prinzip ein kleiner, schallempfindlicher
Luftkondensator, der aus einer beweglichen Membran und einer
festen Metallplatte besteht. Wenn der Schalldruck die Membran in
Schwingungen versetzt, ändert sich die Kapazität und folglich auch
die Ladung. Im Stromkreis fließen schwache Lade- und Entlade-
ströme, deren Werte dem Schalldruck entsprechen. Der Spannungs-
abfall an dem im Stromkreis liegenden hochohmigen Widerstand
variiert in gleicher Weise.

Ein im Mikrofonhals eingebauter Vorverstärker brachte das sehr
schwache Signal auf einen höheren Pegel, so dass das Mikrofon über
ein Kabel mit einem Endverstärker verbunden werden konnte. Die
Übertragungseigenschaften waren im Vergleich zu anderen damals
bekannten Mikrofontypen um ein deutliches Stück besser. Der Auf-
wand war jedoch so hoch, dass das Kondensatormikrofon nur für
professionelle Zwecke eingesetzt wurde. Erst zu Beginn der siebziger
Jahre gelang es, mit dem Elektret-Kondensatormikrofon eine neue,
kostengünstige Bauform zu schaffen.

gd

R

ÜCK

-K

OPPLUNG

integrierter
Verstärker

R

Anschlußleitung

Röhre ”Ideezet” von Philips (1917).

Prinzip des Kondensatormikrofons.