Aaron Fischer Ingenieur, Vater, Heimwerker, Problemlöser

24 April, 2018

Teil 1: 18650 Zellen finden und bewerten

TL;DR:

Energiespeicher werden in unserer modernen Gesellschaft immer wichtiger. Es ist schon fast zur Selbstverständlichkeit geworden, dass Geräte ohne Kabel auskommen und selbst Energie aufnehmen und bei Bedarf abgeben können. Besonders beliebt in vielen Applikationen sind Lithium-Ionen- und Lithium-Polymer-Akkus; speziell die vom Typ 18650. Oft finden sich die 18650 Zellen in Geräten wie Laptop-Akkus, elektrischen Zahnbürsten oder e-Zigaretten. Selbst in Teslas sind diese verbaut.

In vielen Fällen lassen sie sich gut recyceln und somit nicht nur Geld sparen, sondern auch der Umwelt einen Gefallen tun. In der nun kommenden Serie von Artikeln werden wir alte Laptop-Akkus recyclen, daraus einen sicheren Energiespeicher bauen und diesen mit Hilfe von Solarenergie laden. So werden wir zum eigenen Energielieferant.

Lithium-Ionen-Akkus

Zuerst aber ein paar Dinge zum Grundverständnis. Die 18650 Zellen sind im Allgemeinen Lithium-Ionen-Akkus (sie gibt es auch noch in anderen Bauformen). Sie haben eine extrem hohe Energiedichte und können demnach viel Energie auf kleinem Raum speichern und abgeben. Deshalb sind sie seit den 90ern sehr beliebt in allerlei portablen Geräten. Sie haben zudem keinen Memory-Effekt, wie man ihn bei normalen AA-Zellen der älteren Generation kennt.

Bei diesen äußerst praktischen Vorteilen bleibt es aber leider nicht. Sie bringen auch ein paar Nachteile mit sich. Die Akkus sind gefährlicher in der Handhabung: Sie dürfen nur in einem definierten Temperaturbereich betrieben werden, dürfen auf keinen Fall tiefenentladen werden (Kurzschlussgefahr) und auch nicht überladen werden (Explosionsgefahr). Wenn die Akkus ausserhalb der Normparameter verwendet werden, können Sie explodieren und Feuer fangen. (Entsprechende Schutzvorrichtungen werden in einem folgenden Artikel beschrieben)

Auch das Laden der Akkus ist etwas aufwändiger, dazu aber auch später mehr. Nachfolgend eine Entladekurve eines Panasonic NCR18650B Akkus. Hier lässt sich gut sehen, dass der Akku im normalen Betrieb mehr oder weniger Konstant zwischen 3,5 und 3,7 Volt liefert, egal wie groß der Verbraucher ist. Diese Charaktereigenschaft machen die Zellen so attraktiv.

Entladekurve

Gefährlich wird es dann bei ca. 2,5V, wenn die Spannung einbricht. Sinkt die Spannung unter 1 Volt, besteht die Gefahr, dass die Zelle intern einen Kurzschluss verursacht und dann sehr schnell sehr viel Energie freisetzt. Mit entsprechenden Schutzvorrichtungen lässt sich aber auch dies absichern.

Quellen

So, die erste Frage, die man sich vermutlich stellt: Wo bekomme ich alte Geräte zum Ausschlachten her? Hier gibt es eine ganze Menge an Quellen, denn alte Elektrogeräte werden häufiger weggeworfen als man denkt.

Natürlich kann man überall einen Volltreffer landen oder aber reihenweise defekte Zellen vorfinden. Dies lässt sich von außen leider nicht ermitteln. Hierzu müssen die Zellen ausgebaut und getestet werden.

Öffnen und ausschlachten

In der Regel muss zuerst das Plastikgehäuse aufgebrochen werden. Dies geht gut mit einem breiten Schraubendreher. Auch wenn man hierfür viel Kraft ausüben muss, ist es extrem wichtig, sehr sensibel vorzugehen. Zu schnell rutscht der Schraubendreher zu weit in das Gehäuse und beschädigt eine Zelle oder verursacht sogar einen Kurzschluss. Hierauf muss peinlichst geachtet werden.

Die Zellen sind meist mit doppelseitigem Klebeband im Gehäuse und untereinander verklebt. Mit etwas Fingerspitzengefühl lässt sich dann der Zellen-Verbund heraustrennen. Die Zellen selbst sind untereinander mit Metallplättchen verschweißt und hängen an einer Platine. Auf der Platine befindet sich meist eine Schaltung, die den Akku schützt und die abzugebende Spannung auf ein konstantes Niveau hält. Manchmal gibt es noch einen Temperaturfühler oder eine Füllstandsanzeige in Form von LEDs. Da die Platinen sehr speziell sind, lässt sich hier so gut wie nichts wiederverwenden und sind somit Restmüll. Die einzelnen Zellen können nun vorsichtig voneinander getrennt werden. Das geht ganz gut mit einer Kombizange. Natürlich immer darauf achten, keinen Kurzschluss zu verursachen.

Schnelltest (Restspannung messen)

Ob die Zelle zu gebrauchen ist oder gerade umsonst ausgebaut wurde, lässt sich schnell mit einem Multimeter prüfen. Da jede Zelle unterschiedlich ist, lässt sich hier keine exakte Aussage treffen, ab wann sie praktisch Müll ist. Allerdings verhalten sich die meisten 18650 Zellen ähnlich, wie in der folgenden Grafik zu sehen.

18650 Discharge

Hier wurden mehrere verschiedene Zellen mit 0.5A entladen. Wie man sieht, bricht die Spannung bei den meisten bei 3,4 Volt ein und sinkt rapide bei 2,8 Volt. Misst man also weniger als 2,8 Volt an der Zelle, kann man sie getrost entsorgen. Werte zwischen 3,6 und 3,7 Volt sind ideal.

Gefährliche Zellen?

Beim Öffnen des Gehäuses kann es natürlich vorkommen, dass man trotz aller Vorsicht Zellen beschädigt. In diesem Fall sollte man die Zelle direkt entsorgen. Ist nur das Plastik eingerissen, ist das nicht weiter tragisch. Wichtig ist, dass der Metallkörper vollständig intakt ist. Sind braune Stellen an den Kontakten, ist die Zelle verformt oder aufgebläht, sollte man die Finger davon lassen und direkt fachgerecht entsorgen. Ebenso für Zellen die weniger als 2,8 Volt vorweisen.

Kaputte Zellen entsorgen

Aussortierte Zellen sollte man unter keinen Umständen in den Restmüll werfen. Liegen die Akkus auf irgend einer Deponie, ist es nur eine Frage der Zeit bis der Metallmantel anfängt zu rosten und Schwermetalle ins Grundwasser sickern. Zudem ist das Lithium extrem reaktionsfreudig wenn es mit großer Hitze oder Wasser in Berührung kommt. Also auf jeden Fall die Kontakte mit Klebeband abkleben und dann entsorgen. Das geht entweder wieder auf dem Recycling-Hof oder in einer der Sammelboxen in allen Läden die Batterien verkaufen (meistens im Kassenbereich). Durch das Recycling der Akkus können die wertvollen Materialien wieder zurückgewonnen werden.

Lagerung

Idealerweise sollten die Zellen geschützt vor Wasser und all zu großer Hitze an einem feuerfesten Ort gelagert werden. Also nicht in einem Schuhkarton unter dem Bett oder neben der Badewanne. Ich habe sie in einem Plastik-Container im dunklen auf einem Steinboden gelagert.

Im nächsten Schritt muss die verbleibende Kapazität jeder Zelle ermittelt werden. Dies wird Thema des nächsten Artikels.