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Wiederaufladbare Batterien unterliegen nach jedem Ladezyklus geringfügigen Abnutzungserscheinungen, da sich Ionen innerhalb der Batterie bewegen und die Elektroden beim Laden ausdehnen. Wenn Lithium-Ionen-Zellen in extremen Bereichen betrieben werden – also entweder nahezu leer oder vollständig geladen –, entsteht zusätzliche Belastung für die Anode des Akkus. Laut einer Studie des National Renewable Energy Laboratory aus dem Jahr 2020 kann diese Betriebsweise die Batteriekapazität im Vergleich zu einem ausgewogenen Ladezustand um bis zu 24 % pro Jahr verringern. Das Problem verschärft sich, wenn Geräte regelmäßig über 90 % hinaus aufgeladen werden, da dies zu einer sogenannten Lithium-Abscheidung (Lithium Plating) führt, die eine der Hauptursachen dafür ist, dass Batterien im Laufe der Zeit an Leistung verlieren.
Lithium-Ionen-Batterien halten zwischen etwa 30 % und 70 % Ladezustand helfen, die lästigen Kristallbildung auf den Elektroden zu verhindern, wodurch diese um etwa 40 % reduziert werden, verglichen mit dem vollständigen Entladen der Batterie von 0 auf 100 %. Das US-Energieministerium (Department of Energy) hat dies bereits 2019 untersucht und etwas Interessantes herausgefunden: Ihre Tests zeigten, dass diese Batterien, wenn sie nur bis zur Hälfte entladen werden (ca. 50 %), zwischen 1.200 und 1.500 Ladezyklen durchhalten, bevor sie nur noch 80 % ihrer ursprünglichen Kapazität erreichen. Das ist ein deutlicher Anstieg gegenüber den lediglich 500 Zyklen bei wiederholten vollen Entladevorgängen. Auch Automobilhersteller haben darauf reagiert. Viele Elektrofahrzeuge begrenzen heute das Schnellladen auf 80 %, um die teuren Batteriepacks langfristig gesund zu halten. Tesla, Nissan und andere setzen ähnliche Strategien in ihren EV-Konzepten ein.
| Entladetiefe | Durchschnittliche Zyklenlebensdauer | Kapazitätsrückhalt nach 3 Jahren |
|---|---|---|
| 100 % (Voll) | 500 Zyklen | 65 % - 70 % |
| 50% | 1.200 Zyklen | 85 % - 88 % |
Wenn wir über einen Batteriezyklus sprechen, betrachten wir im Grunde die vollständige Nutzung von 100 % der Gesamtladung der Batterie, unabhängig davon, ob dies auf einmal geschieht, wenn das Gerät vollständig entladen ist, oder durch mehrere kleinere Ladevorgänge während des Tages. Die Art und Weise, wie moderne Batterien diesen Verschleiß verfolgen, erklärt, warum Nutzer selbst bei identischen Gerätemodellen sehr unterschiedliche Erfahrungen mit der Akkulaufzeit machen können. Personen, die dazu neigen, ihre Geräte stückweise aufzuladen, stellen in der Regel fest, dass ihr Akku nach etwa 500 vollständigen Ladezyklen noch rund 92 % seiner ursprünglichen Leistung behält. Im Vergleich dazu sinkt bei Nutzern, die ihre Batterie regelmäßig bis auf null entladen, die Kapazität nach ähnlicher Nutzung oft auf nur noch 76 %, wie einige Tests von Consumer Reports aus dem Jahr 2022 zeigten.
Die Aufrechterhaltung des Ladezustands von Lithium-Ionen-Batterien zwischen 20 % und 80 % reduziert die elektrochemische Belastung im Laufe der Zeit erheblich. Laut aktuellen Erkenntnissen von Battery University aus dem Jahr 2023 verlängert sich die Lebensdauer dieser Batterien deutlich, wenn die Ladespannung auf etwa 3,92 Volt pro Zelle begrenzt wird, was einem Ladezustand (SOC) von rund 65 % entspricht, bevor ein Austausch notwendig wird. Anstelle der üblichen 300 bis 500 Zyklen bei voller Ladung mit 4,2 Volt pro Zelle erreicht man mit dieser Methode bis zu etwa 2.400 Zyklen. Warum funktioniert dies so gut? Es hilft dabei, zwei große Probleme zu vermeiden, die die Batterielebensdauer verkürzen: Lithium-Abscheidung an der Anodenseite und Oxidation des Kathodenmaterials. Diese Prozesse sind im Wesentlichen dafür verantwortlich, dass die meisten Batterien mit zunehmendem Alter an Leistung verlieren.
| Ladespannung (V/Zelle) | Zykluslebensdauer-Bereich | Kapazitätsverhalten |
|---|---|---|
| 4,20 (100 % SOC) | 300–500 | 100% |
| 3,92 (65 % SOC) | 1.200–2.000 | 65% |
Menschen, denen die Lebensdauer der Batterie wichtiger ist als das letzte bisschen Laufzeit aus ihren Geräten herauszuholen, sollten erwägen, den Ladezustand zwischen 25 % und 75 % zu halten. Diese Vorgehensweise reduziert die täglichen Spannungsschwankungen um etwa 35 %, wodurch das Wachstum der SEI-Schicht auf den Batteriezellen verlangsamt wird. Die SEI-Schicht ist im Wesentlichen dafür verantwortlich, dass sich Batterien im Laufe der Zeit verschlechtern. Zwar bedeutet diese Methode, dass man jederzeit etwa 15 bis 20 % der verfügbaren Kapazität opfert, doch bei Geräten, die nicht den ganzen Tag über genutzt werden – wie beispielsweise Notstromsysteme oder saisonal verwendete Ausrüstung – ist der Vorteil erheblich. Einige Tests zeigen, dass solche Batterien bei Betrieb in diesem engeren Bereich über ihre gesamte Lebensdauer hinweg dreimal so viel Energie liefern können.
Wenn Lithiumbatterien über längere Zeit in einem Ladezustand von mehr als 80 % gehalten werden, neigen sie dazu, sich viel schneller zu verschlechtern, da ihr interner Widerstand ansteigt und sich zusätzliche Wärme innerhalb der Zellen aufbaut. Die dahinterstehende Wissenschaft zeigt, dass das Aufladen bis zu 100 % bei 4,2 Volt pro Zelle die Batterielebensdauer im Vergleich zur Beibehaltung eines Niveaus von etwa 4,0 Volt halbiert. Bei konkreten Geräten wie Smartphones kann eine Person, die ihr Telefon täglich bis auf 100 % auflädt, feststellen, dass nach nur zwölf Monaten die Batterie nur noch etwa 73 % ihrer ursprünglichen Kapazität behält. Hingegen wird die Batterie einer anderen Person, die regelmäßig bei 80 % mit dem Laden aufhört, wahrscheinlich auch nach einem ganzen Jahr regelmäßiger Nutzung noch über 90 % Effizienz aufweisen.
Teilentladungen minimieren die Belastung der Batteriematerialien, indem sie mechanische Spannungen während der Lade- und Entladezyklen verringern. Eine flache Nutzung (z. B. 20–40 % Entladung vor dem erneuten Aufladen) begrenzt die Ausdehnung und das Zusammenziehen der Elektroden, während tiefe Zyklen extremere strukturelle Veränderungen erzwingen, die Rissbildung in den Kathoden und Instabilitäten an den Elektrolyt-Grenzflächen begünstigen.
Studien zeigen, dass Batterien, die einer 100-%-Entladetiefe (DoD) ausgesetzt sind, ihre Kapazität dreimal so schnell verlieren wie solche, die bei 50 % DoD betrieben werden. Die branchenüblichen Best Practices berücksichtigen dies und betonen Teilentladungen, um eine Gitterdegradation der aktiven Materialien zu verhindern.
Die Beziehung zwischen Entladetiefe und Zyklenlebensdauer folgt einem logarithmischen Trend:
| Entladetiefe (DOD) | Durchschnittliche Zyklenlebensdauer (Li-Ion) |
|---|---|
| 100% | 300–500 Zyklen |
| 80 % | 600–1.000 Zyklen |
| 50% | 1.200–2.000 Zyklen |
| 20% | 3.000+ Zyklen |
Die Beibehaltung von Batterieentladungen bei etwa 50 % Entlade Tiefe schützt tatsächlich die Kristallstruktur innerhalb dieser Nickel-Mangan-Kobalt-Kathoden und sorgt auf ionischer Ebene für Stabilität. Forschungsergebnisse aus dem letzten Jahr zeigten ebenfalls interessante Ergebnisse. Wenn Batterien bei etwa der Hälfte ihrer Kapazität verwendet wurden, behielten sie nach 1.000 Ladezyklen immer noch rund 92 % ihrer ursprünglichen Leistung. Wenn Nutzer sie jedoch jedes Mal vollständig entleerten, verloren dieselben Batterien bis zum Zyklus 400 bereits fast 40 % ihrer Kapazität. Das macht einen großen Unterschied aus. Bei Anwendungen, bei denen Zuverlässigkeit am wichtigsten ist, wie lebensrettende medizinische Geräte oder die Speicherung von Solarenergie, amortisiert sich diese Methode des flachen Zyklierens langfristig deutlich.
Lithium-Ionen-Batterien verschleißen am schnellsten, wenn sie auf hohen Spannungsstufen gehalten werden, insbesondere im Bereich von etwa 4,2 Volt pro Zelle. Laut einigen neueren Studien verringert ein Ladezustand zwischen 20 % und 80 % die chemische Belastung innerhalb der Batteriezellen um etwa zwei Drittel im Vergleich dazu, sie vollständig von leer auf voll zu laden (wie in der Jefferson WI Industrial Battery Study aus dem Jahr 2023 festgestellt). Selbst kurze Phasen des Überladens können dazu führen, dass die Innentemperatur gefährlich ansteigt, wodurch die Wahrscheinlichkeit eines sogenannten thermischen Durchlaufs erhöht wird. Obwohl viele neuere Ladegeräte ab etwa 80 % automatisch in einen langsameren Lademodus wechseln, führt ein zu langes Anschließen der Batterie nach Erreichen der vollen Ladung dennoch zum Abbau der Elektrolytlösung im Inneren. Aus diesem Grund ziehen es intelligente Nutzer oft vor, ihre Geräte abzustecken, bevor die Anzeige vollständig geladen anzeigt.
Hitze ist ein wesentlicher Faktor für die Alterung von Batterien. Für jeweils 8 °C (15 °F) über 35 °C (95 °F) verdoppelt sich die Alterungsrate. Eine Studie des Idaho National Laboratory (2022) zeigte, dass Lithium-Ionen-Batterien, die bei 40 °C belastet wurden, die Hälfte ihrer Kapazität bereits nach der halben Anzahl von Zyklen verloren im Vergleich zu solchen, die bei 20 °C betrieben wurden. Einfache Vorkehrungen helfen:
Billige Ladegeräte verfügen oft nicht über eine ordnungsgemäße Spannungsregelung und setzen die Batterien schädlichen Schwankungen aus. Ein Branchenbericht aus dem Jahr 2024 ergab, dass 78 % der nicht zertifizierten USB-C-Ladegeräte die sicheren Spannungsgrenzen um mehr als 10 % überschritten. Um die Batterielebensdauer zu schützen, wählen Sie Ladegeräte mit:
Dieses Missverständnis stammt von älteren Nickel-Cadmium-Batterien, die unter dem sogenannten „Memory-Effekt“ litten. Moderne Lithium-Ionen-Batterien funktionieren am besten bei häufigen, teilweisen Aufladungen. Tiefe Entladungen erhöhen die elektrochemische Belastung und beschleunigen den Kapazitätsverlust. Beispielsweise verringert ein Ladezyklus zwischen 40 % und 80 % die Alterung um 30 % im Vergleich zu vollen Zyklen von 0 % bis 100 %.
Moderne Batteriemanagementsysteme verhindern zwar Überladung, aber das Halten einer Batterie über längere Zeit bei 100 %, insbesondere das Aufladen über Nacht, belastet weiterhin die chemischen Komponenten im Inneren zusätzlich. Jüngste Wärmebildtests aus dem Jahr 2023 zeigten außerdem etwas Interessantes: Batterien, die während der Nachtruhe angeschlossen blieben, waren innen um etwa 8 Grad Celsius heißer als solche, die tagsüber in kürzeren Intervallen aufgeladen wurden. Die meisten Menschen stellen fest, dass es im Alltag am besten funktioniert, das Gerät abzustecken, sobald die Ladung etwa 80 bis 90 Prozent erreicht hat. Diese Vorgehensweise verkürzt die Zeit, in der sich die Batteriezellen unter Hochspannungsbedingungen befinden, was dazu beiträgt, ihre Lebensdauer langfristig zu erhalten.
Kurzentladungen verlängern die Batterielebensdauer erheblich – eine Entladetiefe von 50 % ergibt etwa doppelt so viele Ladezyklen wie volle Entladungen. Gewöhnen Sie sich folgende Verhaltensweisen an:
Schnellladen erzeugt bis zu 40 % mehr Wärme als Standardladen und erhöht die thermische Belastung der Anodenmaterialien. Beschleunigte Alterungstests zeigen, dass dadurch die Komponenten 2,3-mal schneller altern können. Verwenden Sie das Schnellladen nur bei Bedarf und entfernen Sie Schutzhüllen während Hochgeschwindigkeitssitzungen, um die Wärmeableitung zu verbessern und die Batterieintegrität zu erhalten.