Batterien und Akkus richtig laden: Ladeverfahren, Ladestrom & Risiken

Warum Einwegbatterien (Primärzellen) niemals geladen werden dürfen

Immer wieder taucht im Internet der gefährliche Mythos auf, gewöhnliche Alkali-Mangan- oder Zink-Kohle-Batterien ließen sich mit speziellen Geräten wiederbeleben. Die Elektrochemie von Primärzellen ist jedoch als Einbahnstraße konzipiert. Beim Entladen wird das metallische Zink der Anode oxidiert und wandert unumkehrbar in den Elektrolyten ab.

Wird eine Primärzelle an eine externe Ladespannung angeschlossen, scheidet sich das Zink nicht in homogener Form zurück, sondern bildet nadelartige Kristalle (Dendriten). Zugleich kommt es zur elektrolytischen Zersetzung des wässrigen Kaliumhydroxid-Elektrolyten. Es entsteht hochexplosives Knallgas (Wasserstoff und Sauerstoff). Der Innendruck steigt rasant an. Öffnet die integrierte Berstscheibe, spritzt ätzende Kalilauge heraus, die Kleidung, Geräte und Augen verätzt. Versagt das Sicherheitsventil, zerreißt das Stahlgehäuse in einer gewaltigen Detonation. Details zu den Risiken finden Sie in unserem Ratgeber Batterie-Explosion verhindern.

Ladeverfahren im Vergleich: Li-Ion vs. NiMH

Wiederaufladbare Sekundärzellen besitzen reversible elektrochemische Reaktionen, benötigen jedoch völlig unterschiedliche Steuerungsmechanismen, um weder unterladen noch überladen zu werden.

1. CC/CV-Ladeverfahren für Lithium-Ionen-Akkus

Lithium-Ionen-Akkus (z. B. 18650, 21700 oder Smartphone-Akkus) reagieren extrem empfindlich auf Überspannungen. Überschreitet die Ladespannung den Grenzwert von 4,20 Volt pro Zelle um nur 50 Millivolt, zersetzt sich der Elektrolyt, was zu metallischer Lithiumabscheidung und unkontrollierbarem Brand führen kann. Daher gilt weltweit das CC/CV-Verfahren:

• CC-Phase (Constant Current): Der Akku wird mit einem konstanten Ladestrom geladen (typisch 0,5C bis 1C). Die Zellspannung steigt dabei kontinuierlich von der Entladeschlussspannung (ca. 3,0 V) bis zur Ladeschlussspannung von exakt 4,20 Volt an. Am Ende dieser Phase ist der Akku zu rund 75 bis 80 Prozent gefüllt.
• CV-Phase (Constant Voltage): Sobald exakt 4,20 Volt erreicht sind, friert der Lader die Spannung auf diesem Niveau ein. Da der chemische Widerstand im Akku steigt, sinkt der Ladestrom nun kontinuierlich ab. Erreicht der Strom einen vordefinierten Minimalwert (typisch 5 bis 10 Prozent des Anfangsstroms, sogenannter Termination Current), schaltet das Ladegerät vollständig ab.

2. Minus-Delta-U (-dV) Ladeverfahren für NiMH-Akkus

Nickel-Metallhydrid-Akkus (wie Panasonic Eneloop) können nicht über eine feste Spannungsbegrenzung abgeschaltet werden, da ihre Ladespannung stark von Temperatur und Innenwiderstand abhängt. Stattdessen nutzen moderne Lader den physikalischen Minus-Delta-U-Effekt:

Wird eine NiMH-Zelle voll, kann sie keine weitere elektrische Energie mehr chemisch binden. Die überschüssige Ladeenergie wird schlagartig in Wärme umgewandelt. Durch die Erwärmung sinkt der Innenwiderstand der Zelle sprunghaft ab. Dies führt dazu, dass die messbare Ladespannung um einige Millivolt (typisch 4 bis 8 mV pro Zelle) einbricht. Ein Mikroprozessor-Ladegerät registriert diesen charakteristischen Spannungsknick (Delta-U) und beendet die Hauptladung sekundengenau.

Der optimale Ladestrom: Die C-Rate verstehen

Der Ladestrom wird in der Akkutechnik im Verhältnis zur Nennkapazität als sogenannte C-Rate angegeben. 1C bedeutet, dass der Ladestrom numerisch genau der Kapazität entspricht:

• Bei einem Akku mit 2.000 mAh entspricht 1C einem Ladestrom von 2.000 mA (2,0 A). Die theoretische Ladedauer beträgt eine Stunde.
• 0,5C entspricht 1.000 mA (2 Stunden Ladedauer).
• 0,2C entspricht 400 mA (schonende 5 Stunden Ladedauer).

Als Faustformel für den Alltag empfiehlt sich ein Ladestrom zwischen 0,3C und 0,5C. Ein zu geringer Ladestrom (unter 0,2C bei NiMH) führt dazu, dass die Zelle bei Vollladung nicht warm genug wird und der Minus-Delta-U-Knick so flach ausfällt, dass einfache Ladegeräte die Abschaltung verpassen und den Akku kochen. Ein zu hoher Ladestrom (über 1C) belastet die Elektroden thermisch und mechanisch, was die Lebensdauer von typischerweise 1.000 Zyklen auf wenige hundert Zyklen drastisch verkürzen kann.

Einzelschacht-Überwachung vs. Paarladung: Finger weg von Billigladern

Sehr billige Steckerladegeräte laden Akkus oft paarweise in Serienschaltung (2 oder 4 Schächte gleichzeitig). Dies ist Gift für jeden Akku:

Zwei Akkus haben niemals exakt denselben Ladezustand oder Innenwiderstand. Liegen eine halbleere und eine fast volle Zelle in Reihe, erkennt das Ladegerät den Abschaltpunkt viel zu spät. Die vollere Zelle wird gnadenlos überladen und geschädigt, während die leere Zelle unterladen bleibt. Investieren Sie ausschließlich in Ladegeräte mit echter Einzelschacht-Überwachung, bei der jeder Schacht über einen eigenen Mikroprozessorkanal, eine eigene Temperaturüberwachung und eine separate Spannungsüberwachung verfügt.