Vergleiche Blei-Säure-Akku versus LiFePO4-Akku
Blei-Säure-Akku versus Lithium-Eisenphosphat-Akku
Welche Akkutechnologie ist die bessere Wahl für Ihre Sicherheitslösungen? In diesem Beitrag vergleichen wir Blei-Säure- und LiFePO4-Akkus im Hinblick auf Lebensdauer, Sicherheit und Effizienz – praxisnah und kompakt erklärt.
Technische Unterschiede: Energieeffizienz, Lebensdauer und Ladeverhalten
Lithium-Eisenphosphat-Akkus weisen einen deutlich höheren Wirkungsgrad auf als Blei-Akkus.
Typischerweise liegt der Lade-/Entlade-Wirkungsgrad von LiFePO4 bei etwa 93%, während er bei Blei-Säure-Technik nur ca. 70% beträgt. Dies bedeutet, dass beim Laden und Entladen eines LiFePO4-Akkus wesentlich weniger Energie als Wärme verloren geht und mehr der eingespeisten Energie tatsächlich nutzbar ist. Zudem kann ein LiFePO4-Akku einen viel größeren Teil ihrer Nennkapazität nutzen: Eine Entladung bis zu ~95% der Kapazität ist im Dauerbetrieb möglich, ohne die Akku zu schädigen. Demgegenüber werden Blei-Säure-Akkus meist nur bis ca. 50% entladen, da tiefe Entladungen ihre Lebensdauer stark verringern und zu Sulfatierung führen (eine Form des „Memory-Effekts“ bei Bleiakkus).
Auch bei der Lebensdauer und Zyklenfestigkeit gibt es große Unterschiede. LiFePO4-Zellen erreichen typischerweise 2000–3000 Lade-/Entladezyklen (und mehr) bevor ihre Kapazität merklich nachlässt, was etwa 5–7 Betriebsjahren entspricht. Hingegen kommen Blei-Säure-Akkus oft nur auf ungefähr 300 Zyklen und müssen je nach Nutzung bereits nach 2 Jahren ausgetauscht werden. Diese fast zehnfache Zyklenzahl moderner LiFePO4-Technik führt zu einer deutlich längeren praktischen Lebensdauer im Feldeinsatz.
Unterschiede zeigen sich ebenso beim Lade- und Entladeverhalten. LiFePO4-Akkus können mit höheren Strömen geladen werden und erreichen dadurch schnell wieder volle Kapazität. In der Praxis lassen sie sich – je nach Ladegerät – in wenigen Stunden aufladen (Beispiel: <4 Stunden bis Vollladung in einem Schnellladesystem). Bleiakkus benötigen für eine Vollladung typischerweise deutlich länger (oft rund 8 Stunden) und verlieren gegen Ladeende stark an Ladestromaufnahme. Außerdem sind LiFePO4-Akkus unempfindlich gegenüber häufigen Teilentladungen und Zwischenladungen: Ein Memory-Effekt tritt nicht auf. Blei-Säure-Akkus hingegen erleiden durch unvollständige Ladezyklen und Zwischenladungen mit der Zeit Kapazitätsverluste. Darüber hinaus bleibt die Spannung einer LiFePO4-Zelle über den Großteil der Entladung relativ konstant, während Bleiakkus bei Entladung einen deutlichen Spannungsabfall zeigen – was in der Praxis bedeutet, dass LiFePO4-Systeme angeschlossene Geräte länger mit stabiler Spannung versorgen können.
Ein weiterer technischer Unterschied ist die Energiedichte und damit das Gewicht der Speicher. LiFePO4-Akkus speichern mehr Energie pro Kilogramm und sind daher erheblich leichter als äquivalente Blei-Akkus. So wiegt ein typischer LiFePO4-Akkupack nur etwa ein Fünftel bis ein Drittel eines vergleichbaren Blei-Akkus. Ein Beispiel: Um eine gleiche Kapazität zu erreichen, ist das Systemgewicht im Vergleich 5 kg LiFePO4-Akku zu 30 kg Blei-Akku.
Diese Gewichtsersparnis erleichtert Transport, Installation und Volumen erheblich.
Vorteile von LiFePO4-Akkus gegenüber Blei-Säure
Aus den technischen Unterschieden ergeben sich mehrere praktische Vorteile von LiFePO4-Akkus in der Anwendung:
- Höhere Leistungsabgabe: LiFePO4-Akkus können hohe Lastströme liefern, ohne dass die Kapazität so stark einbricht wie bei Blei-Akkus. Dies ist relevant, wenn kurzfristig viel Strom gebraucht wird (z.B. für starke Scheinwerfer oder mehrere Kameras und Funkmodule gleichzeitig). Ebenso verkraften sie Zwischenladungen und Teilladungen besser, was den flexiblen Einsatz mit Solar- oder Generator-Nachladung erleichtert.
- Höhere nutzbare Kapazität und Effizienz: Dank ihres hohen Wirkungsgrads und der möglichen Tiefentladung stellt ein LiFePO4-Akku effektiv mehr nutzbare Energie bereit als eine nominell gleich große Blei-Akku. In Off-Grid-Szenarien bedeutet dies längere Betriebszeiten bei gleicher Kapazität oder alternativ die Möglichkeit, bei gleicher Laufzeit kleinere (leichtere) Akkus zu verwenden.
- Entladungskurve: Der LiFePO4-Akku hat einen entscheidenden Vorteil mit der wesentlich nutzbareren Entladungskurve.
- Deep Cycle: Die Batterien dürfen problemlos tiefentladen werden.
- Längere Lebensdauer: Die deutlich höhere Zyklenzahl von LiFePO4 reduziert die Häufigkeit von Akkuwechseln drastisch. Über die Einsatzzeit von einigen Jahren rechnet sich dies ökonomisch, da ein LiFePO4-Akku mehrere Blei-Akkus überdauert. Zudem bleibt die Leistung über die Lebenszeit stabiler; LiFePO4-Zellen verlieren ihre Kapazität langsamer und behalten eine konstante Spannungsabgabe über viele Zyklen.
- Wartungsfreiheit: LiFePO4-Akkus sind praktisch wartungsfrei. Sie benötigen weder das Nachfüllen von Wasser (wie es bei offenen Blei-Säure-Zellen nötig sein kann) noch regelmäßige Ausgleichsladungen, um Sulfatierung zu vermeiden. Nach der Installation fallen keine laufenden Wartungsarbeiten an. Bleiakkus dagegen erfordern je nach Bauart Wartung (etwa Flüssigkeitskontrolle) und selbst wartungsarme Gel/AGM-Akkus müssen regelmäßig geprüft und bei Bedarf ersetzt werden – was Zeit und Kosten verursacht.
- Gewichtsvorteil und Platzersparnis: Durch die höhere Energiedichte sind LiFePO4-Speicher kompakter und leichter. In mobilen Sicherheitstürmen erleichtert dies den Transport und Aufbau der Systeme. Außerdem kann bei gegebener Zuladungsgrenze mehr Kapazität verbaut werden, ohne das Gewichtslimit zu sprengen.
- Umweltfreundlichkeit und Sicherheit: LiFePO4-Akkus kommen ohne giftige Schwermetalle aus – insbesondere enthalten sie kein Blei oder Cadmium – und setzen im Betrieb keine ätzenden Gase frei. Demgegenüber gelten konventionelle Blei-Säure-Akkus aufgrund ihres Bleigehalts und der Schwefelsäure als umweltschädlich und müssen aufwendig recycelt werden. Auch die Gefahr von Säurelecks oder Korrosion an Anschlüssen ist bei LiFePO4 nicht gegeben. Zudem ist die LiFePO4-Chemie thermisch stabil und gilt als eine der sichersten Lithium-Ionen-Technologien – ein wichtiges Kriterium in sicherheitskritischen Anwendungen.
Nachteile und Kostenunterschiede
- Die Anschaffungskosten für LiFePO4-Akkus sind in der Regel deutlich höher als für konventionelle Blei-Akkus. Je nach Anbieter und Kapazität kann der Preis eines LiFePO4-Speichers deutlich höher liegen wie der eines Blei-Akkus gleicher Nennkapazität. Dieser Preisunterschied relativiert sich jedoch über die Lebensdauer: Durch die längere Haltbarkeit und geringere Wartung fallen die Gesamtkosten über den Lebenszyklus von LiFePO4 oft niedriger aus. So kann ein einzelner LiFePO4-Akku mehrere Blei-Akkus ersetzen, wodurch sich die Investition langfristig auszahlt.
- Ein weiterer Nachteil von LiFePO4-Systemen ist die notwendige Akkuelektronik. LiFePO4-Zellen erfordern ein Akkumanagementsystem (BMS), das Überladung, Tiefentladung und Zellenausgleich überwacht. Zwar sind solche Schutzschaltungen heute meist integriert, sie stellen aber eine zusätzliche Komplexität dar. Blei-Säure-Akkus sind dagegen in ihrer Handhabung unkomplizierter und verzeihen Fehlbehandlung eher (z.B. Kurzzeit-Überladung führt dort primär zum Gasen und nicht sofort zum Ausfall).
- Bei extrem niedrigen Temperaturen (< 0 °C) dürfen LiFePO4-Akkus außerdem nicht geladen werden, ohne sie zu erwärmen, da sonst Zellschäden drohen – ein Punkt, der in kalten Umgebungen berücksichtigt werden muss. Blei-Akkus verlieren in Kälte zwar ebenfalls an Leistung, können aber unter Einschränkungen weiterhin geladen werden.
- Nexonik löst dieses Thema durch die Verbauung von Akkuelektronik und Zusatzheizung. Die Heizung versorgt sich ausschließlich während des Ladens und verbraucht keinerlei Energie aus den Zellen selbst.
- Für Umrüstung von Blei-Akkus auf LiFePO4-Akkus ist auf kompatible Ladesysteme zu achten.
Anwendungen
- Sicherheitstürme
- Überwachungsboxen
- Autarke Sicherheitstechnik
- Netzwerkschränke