Lithium-Ionen-Batterien VS. Blei-Säure-Batterien | Leitfaden zum Vergleich

Mit der Entwicklung der Technologie erweitert sich die Palette der Möglichkeiten für Batterien. Blei-Säure-Batterien, Lithium-Ionen-Batterienund in jüngster Zeit Natrium-Ionen-Batterien. Welche Faktoren sollten Sie also bei der Wahl eines Batterietyps berücksichtigen? Um Ihnen zu helfen, eine sorgfältige Entscheidung zu treffen, möchten wir Ihnen heute einen Vergleich zwischen Blei-Säure-Batterien und Lithium-Ionen-Batterien vorstellen.

Unterschied zwischen Lithium-Ionen- und Blei-Säure-Batterie

Obwohl Lithium-Ionen-Batterien und Blei-Säure-Batterien beide wiederaufladbar sind, wissen Sie, welche weiteren Unterschiede zwischen ihnen bestehen?

- Die verwendeten Materialien 

Sowohl Lithium-Ionen-Batterien als auch Blei-Säure-Batterien bestehen im Wesentlichen aus einer positiven und einer negativen Elektrode sowie einem Elektrolyten. Die positive Elektrode in Lithium-Ionen-Batterien ist in der Regel ein Metalloxid, während die negative Elektrode in der Regel aus Graphit. Bei Blei-Säure-Batterien besteht die positive Elektrode in der Regel aus Bleidioxid, die negative Elektrode aus Bleischwamm, und der Elektrolyt ist üblicherweise verdünnte Schwefelsäure.

- Arbeitsprinzip

Das Funktionsprinzip beider Batterietypen beruht auf der Bewegung von Ionen. Beim Aufladen bewegen sich die Ionen von der positiven zur negativen Elektrode. Beim Entladen bewegen sich die Ionen von der negativen Elektrode zur positiven Elektrode.

- Akku-Typ

Je nach den verwendeten Metalloxiden können Lithium-Ionen-Batterien unterteilt werden in Lithium-Eisenphosphat-BatterienLithium-Polymer-Batterien, Lithium-Kobaltoxid-Batterien, Lithium-Manganat-Batterien und Lithium-Nickel-Mangan-Kobaltoxid-Batterien.

Bleibatterien werden im Allgemeinen in offene Batterien und ventilgeregelte Batterien unterteilt.

- Die Energiedichte

Die Energiedichte bezieht sich auf die Fähigkeit einer Batterie, Energie zu speichern, und wird in zwei Formen unterteilt: gravimetrische Energiedichte und volumetrische Energiedichte.

Wie Sie vielleicht wissen, speichern Lithium-Ionen-Batterien mehr Energie. Denn sie haben eine höhere Energiedichte, in der Regel im Bereich von 150-250 Wh/kg. Im Gegensatz dazu liegt die Energiedichte von Blei-Säure-Batterien im Allgemeinen bei 30-40 Wh/kg.

- Zyklus Leben

Die Zyklenlebensdauer bezieht sich auf die Lebensdauer einer Batterie. Je mehr Lade- und Entladezyklen sie durchlaufen kann, desto länger ist ihre Lebensdauer. Blei-Säure-Batterien können in der Regel 300-500 Lade- und Entladezyklen durchlaufen, während Lithium-Ionen-Batterien zwischen 5000 und 8000 Zyklen überstehen können. Vielleicht haben Sie bereits eine allgemeine Vorstellung von diesen Zahlen.

Natürlich hängt die Lebensdauer auch von der Tiefe der Ladung und Entladung, der Betriebstemperatur, der Ladegeschwindigkeit, der Wartung und der Qualität der Batterie selbst ab.

- Tiefe der Entleerung (DOD)

Die Entladetiefe (Depth of Discharge, DOD) gibt an, wie weit eine Batterie von ihrer vollen Kapazität entladen werden kann, ohne sie zu beschädigen. Wenn Sie die gesamte in der Batterie gespeicherte Energie nutzen können, beträgt die Entladetiefe 100%. Wenn Sie nur die Hälfte der gespeicherten Energie nutzen können, beträgt der DOD 50%.

Lithiumbatterien können einem DOD von 80%-100% standhalten, aber Blei-Säure-Batterien haben eine längere Lebensdauer mit einem DOD von weniger als 50%.

- Wirkungsgrad

Der Wirkungsgrad ist ebenso wie der DOD ein wichtiger Maßstab für die Bewertung der Batteriequalität. Ein hoher Wirkungsgrad bedeutet eine höhere Energienutzungsrate.

Lithium-Ionen-Batterien haben einen geringen Innenwiderstand und weniger Energieverlust, was zu einem typischen Lade-Entlade-Wirkungsgrad von etwa 90% führt.

Blei-Säure-Batterien haben einen höheren Innenwiderstand und erzeugen Strom durch chemische Reaktionen. Bei diesem Prozess wird ein Teil der Energie in Wärme umgewandelt, was zu einem Lade-Entlade-Wirkungsgrad von etwa 70% führt. Ein geringerer Lade-Entlade-Wirkungsgrad bedeutet, dass mehr Energie benötigt wird, um den Verlust auszugleichen, was wiederum die Kosten erhöht.

- Betriebstemperatur

Ihre Betriebstemperaturbereiche sind recht ähnlich; beide funktionieren normal von -20°C bis 50°C. Bei extremen Temperaturen nimmt ihre Leistung jedoch ab. Lithium-Ionen-Batterien können durch Überhitzung bei hohen Temperaturen beschädigt werden. Bei Blei-Säure-Batterien, die bei hohen Temperaturen arbeiten, kann die Alterung durch übermäßige Verdunstung von Wasser beschleunigt werden.

- Selbstentladungsrate

Die Selbstentladungsrate bezieht sich auf die Rate, mit der eine Batterie ihre Ladung verliert, wenn sie nicht benutzt wird. Lithium-Ionen-Batterien haben eine relativ geringe Selbstentladungsrate, etwa 1% bis 2% pro Monat. Im Gegensatz dazu haben Blei-Säure-Batterien eine höhere Selbstentladungsrate, die im Durchschnitt 3% bis 4% pro Monat oder sogar noch höher liegt. Daher ist es ratsam, Blei-Säure-Batterien regelmäßig zu laden.

- Sicherheit

Lithium-Ionen-Batterien reagieren empfindlich auf hohe Temperaturen und sind anfällig für thermische Durchschlagreaktionen aufgrund von Überhitzung, die zu Bränden oder Explosionen führen können. Daher müssen Lithium-Ionen-Batterien ein Batteriemanagementsystem verwenden, um das Risiko von Überladung, Tiefentladung, Überhitzung und anderen ungünstigen Bedingungen so weit wie möglich zu minimieren.

Obwohl bei Blei-Säure-Batterien die Wahrscheinlichkeit eines thermischen Durchgehens geringer ist, können sie bei Überladung Wasserstoff- und Sauerstoffgase erzeugen, die ein explosives Gemisch bilden. Wenn die Batterie beschädigt wird, kann außerdem Schwefelsäure auslaufen und die Umwelt verschmutzen.

- Gewicht und Größe

Bei der Auswahl einer Stromquelle für ein Gerät müssen Sie das Gewicht und die Größe des Akkus berücksichtigen. Das Gewicht und die Größe von wiederaufladbaren Batterien hängen oft mit ihrer Energiedichte zusammen.

Lithium-Ionen-Batterien haben eine höhere Energiedichte, das heißt, sie können bei gleichem Gewicht oder Volumen mehr Energie speichern. Mit anderen Worten: Lithium-Batterien sind leichter und kompakter als Blei-Säure-Batterien und eignen sich daher besser für Anwendungen, die Tragbarkeit und ein kompaktes Design erfordern. Blei-Säure-Batterien eignen sich besser für Situationen, in denen Gewichts- und Volumenbeschränkungen nicht so streng sind.

- Kosten 

Was die Kosten betrifft, so können wir sie sowohl unter dem Aspekt der Beschaffungskosten als auch der langfristigen Betriebskosten analysieren.

Sie haben vielleicht eine allgemeine Vorstellung von den Beschaffungskosten für beide. Blei-Säure-Batterien haben einen sehr ausgereiften Produktionsprozess und die Rohstoffe sind preiswert. Daher ist der anfängliche Anschaffungspreis von Blei-Säure-Batterien viel niedriger als der von Lithium-Ionen-Batterien.

Betrachtet man jedoch die langfristige Nutzung der Batterie, so bedeutet ein niedrigerer Anschaffungspreis nicht unbedingt niedrigere Nutzungskosten. Lithium-Ionen-Batterien haben eine höhere Energiedichte und eine längere Lebensdauer, mit einem DOD, der bis zu 100% erreichen kann. Aufgrund ihrer geringen Selbstentladung ist auch ihr monatlicher Energieverlust gering. Darüber hinaus erfordern Lithium-Ionen-Batterien im täglichen Gebrauch praktisch keine Wartung, was Ihnen viel Zeit spart.

Alles in allem bieten Lithium-Ionen-Batterien sogar ein besseres Kosten-Nutzen-Verhältnis. Natürlich sollte dies im Hinblick auf Ihre spezifischen Bedürfnisse berücksichtigt werden.

- Anwendungsbereiche

Blei-Säure-Batterien und Lithium-Ionen-Batterien haben jeweils ihre eigenen Eigenschaften und werden in unterschiedlichen Szenarien eingesetzt. Wenn der Platz in den Geräten begrenzt ist und eine längere Batterielebensdauer erforderlich ist, entscheiden sich die Menschen eher für Lithium-Ionen-Batterien, die eine höhere Energiedichte haben und leichter sind. Dies gilt beispielsweise für tragbare elektronische Geräte, Elektrofahrzeuge, Datenzentren und medizinische Geräte. Aufgrund ihrer ausgezeichneten Entladeleistung und ihrer niedrigen Kosten werden Bleibatterien häufig als Startstromquelle für Fahrzeuge und als Antriebsbatterie verwendet.

- Einbau

Sie alle müssen in einem gut belüfteten Raum installiert werden, wobei hohe Temperaturen und direkte Sonneneinstrahlung zu vermeiden sind. Beim Einbau von offenen Blei-Säure-Batterien muss auf die Ausrichtung geachtet werden, um ein Auslaufen des Elektrolyts zu verhindern.

- Aufladezeit

Im Vergleich zu Blei-Säure-Batterien haben Lithium-Batterien eine höhere Ladeeffizienz, in der Regel zwischen 80% und 90%. Während eine Lithiumbatterie in der Regel 4 Stunden zum vollständigen Aufladen benötigt, kann eine Bleibatterie 8 Stunden oder sogar länger brauchen.

- Instandhaltung

Lithiumbatterien leiden nicht unter dem Memory-Effekt, so dass sie nicht regelmäßig geladen und entladen werden müssen, und man muss sich auch keine Sorgen machen, dass der Elektrolyt verdampft. 

Blei-Säure-Batterien sind jedoch anders. Sie erfordern regelmäßige Tiefentladungen sowie regelmäßige Aufladungen, wenn sie über einen längeren Zeitraum nicht benutzt werden. Außerdem müssen Sie bei belüfteten Blei-Säure-Batterien regelmäßig den Wasserstand überprüfen und rechtzeitig destilliertes Wasser nachfüllen. Um gute Verbindungen zu erhalten, ist es auch wichtig, die Pole und Anschlüsse regelmäßig zu reinigen.

Beide Batterietypen sollten nicht überladen werden. Bei der Lagerung sollten Sie auch darauf achten, dass sie in einer Umgebung mit geeigneter Temperatur und guter Belüftung aufbewahrt werden.

- Auswirkungen auf die Umwelt

Der Lithiumgehalt in der Erdkruste beträgt nur 0,0065%, und ein übermäßiger Abbau kann sich nachteilig auf die Umwelt auswirken. Außerdem ist die Recyclingrate von Lithiumbatterien relativ gering, und eine unsachgemäße Entsorgung kann zu Umweltverschmutzung führen.

Die Technologie der Blei-Säure-Batterien ist gut etabliert, was zu einem geringeren Energieverbrauch führt. Bei ihrer Herstellung und Verwendung können sie jedoch schädliche Gase freisetzen, die Wasser und Boden verunreinigen können. Glücklicherweise haben Blei-Säure-Batterien eine höhere Recycling-Quote, aber es muss dennoch darauf geachtet werden, dass kein Blei und keine Schwefelsäure auslaufen, was die Umweltverschmutzung verschlimmern würde.

- Vergleich der Anwendungen

Bleisäure- vs. Lithium-Ionen-Motorradbatterie

Wir wissen, dass Lithiumbatterien eine relativ hohe Energiedichte haben und eine große Ausgangsleistung bieten. Daher können sie einen starken Startstrom für Fahrzeuge mit einem geringeren Volumen liefern. Blei-Säure-Batterien können ebenfalls die gleiche Startleistung erbringen, aber aufgrund ihrer geringeren Energiedichte ist eine größere Anzahl oder ein größeres Volumen von Batterien erforderlich, um dies zu erreichen.

Der Platz auf einem Motorrad ist sichtlich begrenzt, und eine zu schwere Batterie kann das Gleichgewicht des Fahrzeugs beeinträchtigen. Daher müssen Sie Ihren Bedarf unter verschiedenen Gesichtspunkten sorgfältig abwägen, z. B. Anschaffungskosten, Lebensdauer, Ladezeit, Wartungsanforderungen und Umweltauswirkungen.

Bleisäure vs. Lithium-Ionen-Autobatterie

Würden Sie als Besitzer eines Elektrofahrzeugs lieber eine Batterie mit längerer Lebensdauer und kürzerer Ladezeit wählen? Dies kann für Fahrzeuge mit hoher Nutzungsfrequenz recht vorteilhaft sein. Da Sie das Auto nicht häufig aufladen müssen, verkürzt sich nicht nur die Wartezeit, bis die Batterie vollständig aufgeladen ist, sondern auch Ihre täglichen Fahrten werden nicht verzögert. Aus dem vorgenannten Vergleich geht hervor, dass die Eigenschaften von Lithiumbatterien diese Anforderungen eher erfüllen.

Lithium-Ionen- vs. Blei-Säure-Gabelstapler-Batterie

Für Gabelstapler gelten besondere Anforderungen an Gewicht und Volumen der Batterien, da sie eine effiziente Handhabung und Betriebsfähigkeit gewährleisten müssen. Ähnlich wie bei Motorrädern sollten Gabelstaplerbatterien kompakt und leicht sein und gleichzeitig eine ausreichende Ausgangsleistung bieten. Die Ladezeit der Batterien sollte so kurz wie möglich sein, damit der Gabelstapler schnell wieder einsatzbereit ist. Obwohl diese Spezifikationen eindeutig für Lithium-Ionen-Batterien sprechen, müssen wir auch Faktoren wie Kosten, Wartungsanforderungen, Umweltauswirkungen und Sicherheitsleistung berücksichtigen.

Lithium-Ionen-Batterien im Vergleich zu Blei-Säure-Golfwagenbatterien

Golfwagen haben nur begrenzten Platz und benötigen häufige Starts, die Fähigkeit, Hügel zu überwinden, sowie eine lange Batterielebensdauer, um ein zufriedenstellendes Benutzererlebnis zu gewährleisten. Dies bedeutet, dass es nicht nur Einschränkungen in Bezug auf das Gewicht und das Volumen der Batterie gibt, sondern auch Anforderungen an den Anlaufstrom, die Ausgangsleistung, die Energiedichte und die Ladezeit. Im Vergleich zu Blei-Säure-Batterien weisen Lithium-Batterien bessere Spezifikationen auf. Im Endeffekt sollten jedoch Ihre tatsächlichen Bedürfnisse der Ausgangspunkt für Ihre Entscheidung sein.

Empfohlene Lithium-Batterie

12V 100Ah Lithium-Batterie

12V 200Ah Lithium-Batterie

12V 300Ah Lithium-Batterie

48V 105Ah Golf Cart Lithium Batterie

FAQ

Was ist besser: Blei-Säure-Batterie oder Lithium-Batterie？

Betrachtet man allein die Batterieleistung, sind Lithiumbatterien tatsächlich besser. Das liegt daran, dass sie eine höhere Energiedichte, eine längere Lebensdauer, eine geringere Selbstentladung und bessere Sicherheitsmerkmale haben, die Ihnen ein besseres Nutzungserlebnis bieten können.

Wenn wir jedoch von praktischen Anwendungen ausgehen, müssen Sie Ihre aktuellen Anforderungen berücksichtigen. Zum Beispiel Ihr Projektbudget, ob Ihre Anwendung eine lange Lebensdauer der Batterie erfordert oder ob die Batterie schnell geladen werden muss. Wenn es Ihnen nur darum geht, die Kosten kurzfristig zu minimieren, sind Blei-Säure-Batterien vielleicht eine gute Wahl.

Lithium-Batterie VS. Blei-Säure-Batterie

Kann ich die Blei-Säure-Batterie einfach durch eine Lithium-Batterie ersetzen?

Bei vielen Anwendungen können Blei-Säure-Batterien durch Lithium-Batterien ersetzt werden. Aus Sicherheitsgründen müssen Sie jedoch über grundlegende elektrische Kenntnisse verfügen, um die Kompatibilität von Strom, Spannung, Kapazität und Ladesystem sicherzustellen, bevor Sie mit dem Batterieaustausch beginnen. Wenn Sie sich bezüglich des direkten Austauschs unsicher sind, ist es ratsam, sich mit dem Gerätehersteller oder einem professionellen Lithiumbatteriehersteller in Verbindung zu setzen, der Ihnen praktische und durchführbare Ratschläge geben kann.

Schlussfolgerung

Der obige Inhalt ist unser vergleichender Leitfaden über Blei-Säure- und Lithium-Ionen-Batterien aus verschiedenen Perspektiven. Wir hoffen, dass dieser Artikel Freunden, die Zweifel an diesen beiden Batterietypen haben, eine Hilfe sein kann. Wenn es Aspekte gibt, die nicht erwähnt wurden, freuen wir uns über Ihre wertvollen Vorschläge.