Was passiert bei Kälte wirklich in einem Akku?
Ein Lithium-Akku (Li-Ion oder LiFePO4) speichert seine Energie chemisch: Bei jedem Lade- und Entladevorgang wandern Lithium-Ionen durch einen flüssigen Elektrolyten zwischen den beiden Elektroden. Diese Wanderung ist eine physikalisch-chemische Reaktion, und wie jede chemische Reaktion verlangsamt sie sich, wenn die Temperatur sinkt.
Bei Kälte kommen zwei Effekte zusammen. Erstens wird der Elektrolyt zähflüssiger, was die Bewegung der Ionen bremst. Zweitens steigt der Innenwiderstand der Zelle rein mechanisch an. Das Ergebnis: Unter derselben Last (ein Smartphone, das Strom zieht, ein Motor, der anspringen soll) bricht die Spannung des Akkus schneller ein als bei Raumtemperatur. Die meisten Geräte schalten jedoch ab, sobald ein Mindestspannungswert erreicht ist, um die Zelle zu schützen. Der Akku wirkt also « leer », lange bevor er seine gespeicherte Energie tatsächlich abgegeben hat.
Ein vorübergehender Laufzeitverlust, nicht immer ein dauerhafter Schaden
Die gute Nachricht: Der größte Teil dieses kältebedingten Kapazitätsverlusts ist reversibel. Bringen Sie eine ausgekühlte Powerbank oder einen externen Akku wieder in einen warmen Raum, lassen Sie ihn einige Dutzend Minuten auf Temperatur kommen, und ein Großteil der « verlorenen » Laufzeit kehrt zurück. Die chemische Energie war die ganze Zeit vorhanden, nur ihre Abgabe war verlangsamt.
Diese Reversibilität hat allerdings eine Grenze: Wiederholte Zyklen bei sehr niedrigen Temperaturen, insbesondere unter -10 °C, beschleunigen langfristig dennoch die Alterung der Zellen, selbst ohne Ladevorgang. Die von den Herstellern eingebaute Sicherheitsmarge (automatische Abschaltung durch das BMS, im Datenblatt angegebener Betriebstemperaturbereich) existiert genau deshalb, um diesen kumulativen Effekt zu begrenzen.
Die eigentliche Gefahr: Laden eines Lithium-Akkus unter 0 °C
Ein Laufzeitverlust bei der Entladung ist nur ein Ärgernis. Das ernsthafte Risiko liegt beim Laden. Unter 0 °C kann sich Lithium nicht mehr sauber in die Struktur der negativen Elektrode (den Graphit) einlagern: Es lagert sich stattdessen als metallisches Lithium an der Oberfläche ab, ein Phänomen, das als Lithium-Plattierung (lithium plating) bezeichnet wird. Anders als der oben beschriebene Spannungseinbruch ist diese Ablagerung irreversibel: Sie verringert dauerhaft die Kapazität der Zelle und kann im schlimmsten Fall Dendriten bilden, die den internen Separator durchstoßen und einen Kurzschluss verursachen.
Deshalb blockiert oder begrenzt ein gutes Batteriemanagementsystem (BMS) das Laden unter 0 °C automatisch, auch wenn das einen Nutzer frustriert, der seine Power Station mitten im Winter dringend aufladen möchte. Das ist niemals ein Fehler: Es ist der Schutzmechanismus, der verhindert, dass die Lebensdauer oder sogar die Sicherheit des Akkus geopfert wird.
LiFePO4 gegen Li-Ion: Wer übersteht die Kälte besser?
Die beiden großen Lithium-Chemien, die in unseren Produkten vorkommen (klassisches Li-Ion in den meisten Powerbanks, LiFePO4 in der Mehrheit der neueren Power Stations), verhalten sich bei Kälte nicht ganz gleich.
| Kriterium | Li-Ion (NMC) | LiFePO4 |
|---|---|---|
| Übliche Entladetemperatur | -20 °C bis 60 °C | -20 °C bis 60 °C |
| Übliche Ladetemperatur | 0 °C bis 45 °C | 0 °C bis 45 °C (oft strenger) |
| Energiedichte | Höher | Niedriger |
| Zyklenfestigkeit | Solide | Ausgezeichnet (oft 3000 bis 6000 Zyklen) |
Auf dem Papier liegen beide Chemien nah beieinander. In der Praxis verbaut eine hochwertige LiFePO4-Einheit fast immer ein vorsichtigeres BMS, das die Ladung vorsorglich früher abschaltet: Deshalb « verweigern » manche LiFePO4-Power-Stations mitten im Winter draußen den Ladevorgang, während eine weniger geschützte Li-Ion-Powerbank weiter Strom annimmt, allerdings auf Kosten einer beschleunigten Alterung, die erst Monate später sichtbar wird.
Was im Winter am meisten leidet, Produkt für Produkt
Die Autobatterie (Blei-Säure). Das ist der bekannteste und zugleich kumulativste Fall: Kälte verlangsamt die chemische Reaktion der Blei-Säure-Batterie (bis zu 50 % weniger verfügbare Kapazität bei rund -18 °C) genau dann, wenn der Motor mit zähflüssigerem Öl den höchsten Strombedarf zum Anspringen hat. Deshalb lohnt sich im Winter ein Starthilfegerät oder ein Erhaltungsladegerät im Kofferraum.
Die Powerbank. In einer Jackentasche bei -5 °C verstaut, zeigt sie beim Gebrauch manchmal einen plötzlich einbrechenden Prozentwert an, der wieder « ansteigt », sobald sie in einer Innentasche aufgewärmt wird. Das ist unbedenklich: Es handelt sich um den oben beschriebenen reversiblen Effekt.
Die Power Station. Beim Wintercamping oder im Van kann eine über Nacht draußen stehende LiFePO4-Power Station am nächsten Morgen schlicht das Laden verweigern, solange sie nicht wieder ein paar Grad über null erreicht hat. Das ist erwartetes Verhalten, kein Defekt.
Das Elektroauto. Zwischen der sinkenden Effizienz der großen Batterie und der für die Innenraumheizung verbrauchten Energie stellen manche unabhängige Reichweitentests bei starker Kälte einen Rückgang von etwa 20 bis 30 % fest. Neuere Modelle mit Wärmepumpe statt einfachem elektrischem Heizstab verringern diesen Unterschied deutlich.
Wie Sie Kälteschäden am Akku begrenzen: unsere Tipps
Ein paar einfache Gewohnheiten gelten für jeden Lithium-Akku im Haushalt:
- Akkus möglichst warm lagern und transportieren (Innentasche, Fahrgastraum statt Kofferraum, drinnen statt unbeheizte Garage).
- Niemals einen frisch aus der Kälte kommenden Akku direkt aufladen: Ihn erst 20 bis 30 Minuten auf Raumtemperatur kommen lassen, bevor Sie ihn anschließen.
- Bei einem im Winter selten genutzten Auto ein Erhaltungsladegerät anschließen, statt die Batterie in der Kälte langsam entladen zu lassen.
- Bei einer Camping-Power-Station eine Thermohülle verwenden oder sie über Nacht ins Fahrzeug oder ein beheiztes Zelt bringen, statt sie draußen zu lassen.
- Sich bei starker Kälte nicht über einen stark gesunkenen Prozentwert sorgen: die tatsächliche Laufzeit erst nach dem Aufwärmen des Geräts prüfen.
