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Langzeittest von NiMH-Akkus mit reduzierter Selbstentladung

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Klassische Mignon-Akkus verlieren bereits nach wenigen Monaten die Hälfte ihrer Ladung. Unsere vor einem Jahr getesteten Akkus mit reduzierter Selbstentladung mussten nun noch einmal ins Labor.

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Mit Kapazitätsrekorden von 3200 mAh preisen Anbieter ihre Mignon-Akkus an. Doch die Zellen verlieren bereits nach wenigen Monaten die Hälfte ihrer Ladung. Die Branche hat das Bedürfnis nach beständigeren Stromlieferanten lange ignoriert, bevor sie NiMH-Akkus mit deutlich reduzierter Selbstentladung anbot. Wie gut diese funktionieren, zeigen unsere Langzeitmessungen.

Auf der Hülle der Mignon-Akkus prangt in dicken Zahlen 2700 oder 3200. Diese Kapazitäten kann jedoch kaum jemand nutzen, denn schon nach ein paar Tagen verlieren die Zellen 10 bis 20 Prozent. Die Mechanismen dieser Selbstentladung sind komplex und nicht restlos verstanden. Chemische Veränderungen, Diffusion, Verunreinigungen und Mikrokurzschlüsse spielen zusammen.

Solche inkontinenten Zellen taugen nicht für solche elektrische Geräte, die nur wenig und selten Strom brauchen. Doch Hersteller und Anbieter hängen es nicht an die große Glocke, dass die rasche Selbstentladung der Zellen pro Monat keine notwendige Eigenschaft der Nickel-Metallhydrid-Technik ist, sondern zugunsten immer höherer Kapazitätsrekorde in Kauf genommen wurde.

Als vor ein paar Jahren der Marktanteil an NiMH-Zellen stagnierte, in Deutschland bei etwa 13 Prozent, fing das Umdenken an. Und siehe da, die ersten NiMH-Akkus mit deutlich reduzierter Selbstentladung kamen 2006 auf den deutschen Markt. Die Kapazität beträgt damals wie heute um 2100 mAh (AA-Zellen, Mignon) beziehungsweise 800 mAh (AAA-Zellen, Micro), jeweils bei 1,2 V. Sie sollen nach einem Jahr noch 70 bis 85 Prozent der Anfangskapazität aufweisen, also nur ein bis drei Prozent pro Monat verlieren. Man kann sie in den herkömmlichen Ladegeräten aufladen.

Mittlerweile hat sich der Begriff LSD-NiMH durchgesetzt, von Low Self Discharge. Mehr als ein Dutzend Anbieter befinden sich mittlerweile auf dem LSD-Trip (siehe Tabelle). Gleichwohl stellen nur drei Unternehmen die Zellen her. Außer Sanyo, von dem diese Angabe stammt, sind das GP und Yuasa. Sanyo bietet die Zellen nur unter eigenem Namen an, Varta, Hama, Ansmann und Co. bedienen sich bei den beiden anderen – wer bei wem, verrät die Branche nicht.

Einige Anbieter von Akkus mit niedriger Selbstentladung2
Marke Unternehmen Preis (4 Mignon AA)1
AccuLoop AccuPower 13 €
Active Charge Duracell 11 €
AlwaysReady Camelion 11 €
Combo ELV 10 €
Direct Energy AgfaPhoto 10 €
Endurance Conrad 11 €
Eneloop Sanyo 10 €
Infinium Panasonic 11 €
maxE Ansmann 10 €
Pre-charged Duracell 11 €
Ready2Use Varta 11 €
Recyko GP 12 €
1 Anbieter mit möglichst niedrigem Straßenpreis   2 Die Kapazität beträgt bei allen AA 2000 oder 2100 mAh, bei AAA 800 mAh

Nach wie vor bestehen die Akkus unter anderem aus einem Metallhydridspeicher für Wasserstoff. Die negative Elektrode – das ist bei Batterien nach üblicher Konvention die Anode – hat eine Lochblende mit Metallhydridpulver. Die Kathode besteht aus Nickeloxidhydrat-Blech. Der Separator mit Elektrolyt, zum Beispiel aus Kalilauge, trennt die Elektroden und lässt die Ionen durch. Wenn die Zelle einen elektrischen Verbraucher versorgt, dann oxidiert der im Metallhydrid gespeicherte Wasserstoff mit der Kalilauge zu Wasser, an der Kathode wird Nickel reduziert. Die freiwerdenden Elektroden fließen über den Verbraucher ab. Das Material steckt gewickelt in den Mignon- und Micro-Zellen, umgeben von einer gekapselten Metallhülle.

Die Testkandidaten: Akkus mit reduzierter Selbstentladung von Ansmann, Panasonic, Sanyo, Uniross und Varta. Nur Sanyo stellt die Zellen selbst her, die anderen lassen fertigen oder sind an der Fertigung beteiligt.
Die Testkandidaten: Akkus mit reduzierter Selbstentladung von Ansmann, Panasonic, Sanyo, Uniross und Varta. Nur Sanyo stellt die Zellen selbst her, die anderen lassen fertigen oder sind an der Fertigung beteiligt. Vergrößern

Mit Legierungen aus Lanthan und Nickel als Metallhydrid (AB5) wurden die Zellen auf hohe Energiedichten getrimmt. Die LSD-NiMH haben im Vergleich dazu eine veränderte Gitterstruktur, bei Sanyo kommt Magnesium dazu. Auch Separator und Kathode wurden neu entwickelt, doch aus was die Komponenten bestehen, verraten die Hersteller nicht.

Die LSD-NiMH haben einen geringeren Innenwiderstand als die NiMH-Vorgänger (<25 mOhm), was zu einer stabileren Spannung führt, auch bei höheren Strömen (siehe Grafik Entladekurve), und damit zu einer höheren Effizienz. Während des Entladens sinkt die Spannung von 1,35 V zunächst rasch auf 1,2 V ab und behält diesen Wert über mehrere Stunden. Batterien dagegen haben eine sehr viel höhere Ausgangsspannung, die dann stetig abfällt. Die höhere Effizienz der LSD-NiMH hat übrigens zur Folge, dass einige Digitalkameras die Restkapazität falsch anzeigen. Mit den eigenen Akkus muss man die Anzeige aus drei oder vier Balken daher erst lesen lernen, um abschätzen zu können, wann der Akkuwechsel fällig ist.

Die tatsächlich zur Verfügung stehende Kapazität hängt auch von den Metallkontakten zum Ladegerät ab. Ein schlechter Kontakt gaukelt der Elektronik Spannungsdifferenzen vor, wenn sich die Kontaktierung zum Beispiel durch die Erwärmung der Akkus ändert. Deshalb der Tipp für zu Hause: Frisch gereinigte Kontakte und Ladegeräte, in denen die Akkus stramm sitzen, können aus einer vermeintlich alten Zelle wieder eine frische machen.

Wir haben LSD-NiMH von Ansmann, Panasonic, Sanyo, Uniross und Varta im Fachhandel gekauft, Bauform Mignon (AA), und 13 Monate lang die Selbstentladung gemessen. Um den Messaufwand in Grenzen zu halten, kamen pro Anbieter nur vier bis fünf Akkus zum Einsatz. Mindestens einer davon musste 12 bis 13 Monate lang ungestört liegen, die anderen wurden in unregelmäßigen Zeitabständen entladen und wieder geladen. Da nach einer Messung die Uhr wieder bei Null anfängt, gibt es natürlich weit mehr Messpunkte in den ersten Monaten als nach neun bis 12 Monaten. Insgesamt kamen pro Akkusorte etwa ein Dutzend Messwerte zusammen, verteilt über ein Jahr.

Um Aussagen über die Langzeitbeständigkeit zu machen, simulieren die Unternehmen die Lagerung und damit die Selbstentladung, indem sie die Zellen höheren Temperaturen aussetzen. Nach Sanyos Messungen entladen sich die Zellen bei 35 °C doppelt so schnell wie bei 25 °C. Statt zu simulieren, haben wir die Zellen bei realen Bedingungen in Büroräumen gelagert, die im Winter bis etwa 20 °C geheizt wurden, im Sommer bei Außentemperaturen von 30 °C auch mal 26 °C warm werden. Wir erwarten deshalb, dass unsere gemessenen Kapazitäten etwas unter den Herstellerangaben von 70 bis 85 Prozent Restkapazität nach einem Jahr liegen, weil diese sich auf eine konstante Temperatur von 20 °C beziehen.

Zunächst wurden die Akkus konditioniert, indem sie einige Ladezyklen absolvierten. Wir haben dabei die bei solchen Messungen üblichen Ströme eingestellt und bei 400 mAh (0,2 C) entladen, bei 200 mAh (0,1 C) geladen. Jede Minute wurde die verbliebene Spannung protokolliert, bis sie unter ein Volt fiel.

Die rund 12 Messungen pro Akku-Sorte innerhalb eines Jahres ergeben ein erstaunlich homogenes Bild (siehe Grafik Langzeitmessungen). Das Wichtigste zuerst: Der LSD-Trip der Hersteller hat sich gelohnt, nach einem Jahr beträgt die Restkapazität noch 65 bis 79 Prozent. Die Differenz zu den versprochenen 70 bis 85 Prozent führen wir auf die Temperaturschwankungen unserer Büroräume zurück. Die Anfangskapazitäten liegen um 2000 mAh, mit nur ein paar Prozent Abweichung nach oben und unten.

Oben auf dem Siegertreppchen steht Sanyo mit seinen Eneloop-Akkus. Nach einem halben Jahr Lagerungszeit geben diese Mignon-Zellen nach unseren Messungen mehr elektrische Energie ab als andere Exemplare. Die rote Laterne trägt Uniross mit der Marke Hybrio mit 65 Prozent Restkapazität. Ob deshalb der Verkauf dieser Akkus in Deutschland nahezu gestoppt wurde? Die anderen Marken Ansmann maxE, Panasonic Infinium und Varta Ready2Use zeigen ähnliche Entladungsverhalten, was wenig wundert bei vermutlich nur zwei Herstellern.

Ein genauer Blick auf die ersten zwei Monate Lagerung zeigt, warum die „neuen“ NiMH in manchen Medien als Marketinginstrument verteufelt, von anderen als ein Schritt in die richtige Richtung hochgelobt wurden: Von ursprünglich rund 2000 mAh waren nach 30 Tagen nur noch knapp über 1700 mAh übrig, die LSD-NiMH verlieren also 15 Prozent im ersten Monat! Erst danach spielen sie ihre Stärke aus, denn die Selbstentladung stabilisiert sich wenige Tage später auf ein bis zwei Prozent Kapazitätsverlust pro Monat. Ab zwei Monate bis zum Ende unserer Messungen nach 13 Monaten bleibt der Verlust in etwa linear. Extrapoliert auf zwei Jahre Lagerung stehen dann noch rund 60 Prozent der Anfangskapazität zur Verfügung, nach drei Jahren noch knapp die Hälfte.

Auch herkömmliche NiMH-Zellen verlieren in den ersten Tagen deutlich mehr Kapazität als in den Monaten danach, doch danach geht auch bei ihnen die Kapazität ungefähr linear zurück, aber sehr viel schneller. Nach einigen Monaten schon sollte man die NiMH nachladen, bei den LSD-NiMH ist das nicht notwendig.

Bei den Testkandidaten nahm die Kapazität auch nach mehreren Ladevorgängen nicht ab. Das haben wir auch nicht erwartet, denn die Anbieter versprechen 500 bis 1000 Ladezyklen, bei den neuen wie bei den alten NiMH-Akkus.

Restkapazitäten nach Selbstentladung durch Lagerung1 (Mignon-Zellen, AA)
Lagerdauer2 Ansmann maxE Panasonic Infinium Sanyo Eneloop Uniross Hybrio Varta Ready2Use
0 Monate 2045 mAh 2067 mAh 1978 mAh 1990 mAh 2013 mAh
1 Monat 1660 mAh 1741 mAh 1700 mAh 1728 mAh 1703 mAh
2 Monate 1668 mAh 1683 mAh 1657 mAh 1640 mAh -
4 Monate 1576 mAh 1583 mAh 1607 mAh 1460 mAh 1662 mAh
6 Monate 1573 mAh 1560 mAh 1632 mAh 1450 mAh 1527 mAh
12 Monate 1419 mAh 1359 mAh 1547 mAh 1290 mAh 1474 mAh
1 Auszug aus den Messwerten; Entladestrom 0,2 C, Ladestrom 0,1 C   2 Die Messungen fanden nicht alle am gleichen Tag statt. Der Übersichtlichkeit wegen wurden für diese Tabelle Messungen innerhalb weniger Tage zusammengefasst.

Für Geräte, die lange ausgeschaltet bleiben oder sehr wenig Strom ziehen, waren bislang AA- oder AAA-Akkus wegen ihrer Selbstentladung keine gute Lösung. Das hat sich mit den LSD-NiMH-Akkus geändert. Die 70 Prozent Restkapazität nach einem Jahr reichen, um sich neue Einsatzgebiete zu erschließen, in denen bislang eher Batterien dominierten. Die im Auto meist unbenutzt liegende „Beweiskamera“ eignet sich dafür, ebenso das Ersatzstrompaket für unterwegs: Nie wieder ärgern über das Ersatzpack, das im entscheidenden Moment versagt, weil man vergessen hatte, die Akkus zu pflegen.

Sicherheitsrelevante Einsatzgebiete, zum Beispiel batteriebetriebene Rauchmelder, sollte man dagegen nach wie vor mit Alkalibatterien betreiben, da diese auch nach jahrelanger Untätigkeit zuverlässig genügend Elektronen von sich geben. Die LSD-NiMH-Zellen können also die Batterien nicht komplett ersetzen.

Der Klassenbeste Sanyo mit knapp 80 Prozent Restkapazität nach einem Jahr Lagerung erfreut mit seinen Eneloop-Akkus auch wegen des niedrigen Preises von etwa 10 Euro für vier AA-Zellen. Eine noch geringere Selbstentladung zeigen Lithiumionen- und Lithiumpolymer-Akkus, doch sie sind deutlich teurer und nicht in AA- oder AAA-Bauform zu bekommen.

Schier unzählige Händler bieten Akkus, sowohl NiMH als auch LSD-NiMH an. Wegen der großen Preisdifferenz in den Offline- und Online-Shops lohnt es sich, zu vergleichen. Die günstigsten LSD-NiMH-Zellen liegen bei 10 bis 13 Euro (4 x AA). Vier NiMH-Zellen üblicher Bauart kosten zwischen 5 und 16 Euro, je nach Kapazität und Qualität.

Markenbatterien sind günstiger, sie kosten zwischen 2 und 6 Euro das Viererpack. Als No-Name-Massenware zahlt man sogar nur ein Zehntel davon. Ob sich der Einsatz von Akkus lohnt, entscheidet nicht nur der Preis, sondern auch die Anzahl der benötigten Batterien und letzten Endes die persönlichen Prioritäten. (jr)

[1] Jürgen Rink, Energiereserve, Nickelmetallhydrid-Akkus mit reduzierter Selbstentladung, www.heise.de/mobil/artikel/98311
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