Memory-Effekt

Memory-Effekt: Definition, Ursachen und die Entdeckung des Memory-Effekts

Inhalt des Wiki-Artikels

• Memory-Effekt – Kapazitätsverluste bei Akkus beheben
• Geräte mit Nickel-Cadmium-Akku
• Die Entdeckung des Memory-Effekts
• Ursachen für den Memory-Effekt
• Auf die Chemie kommt es an
• Memory-Effekte in anderen Bereichen

Memory-Effekt – Kapazitätsverluste bei Akkus beheben

Der Memory-Effekt steht für einen Kapazitätsverlust bei Nickel-Cadmium(NiCd)-Akkus, der auftritt, wenn der Akku in einem nur teilweise entladenen Zustand wieder aufgeladen wird. Bei Nickel-Metallhydrid(NiMH)-Akkus ist die Auswirkung ähnlich, wird dort aber Lazy-Effekt genannt. Durch das verfrühte Wiederaufladen sinkt die Spannung des Akkus und infolgedessen auch seine Kapazität. Die Beeinträchtigung ist allerdings nicht dauerhaft, durch vollständiges Entladen und Wiederaufladen lässt sich der Memory-Effekt beheben. In der Regel ist es ausreichend, den Akku alle drei Monate vollständig zu entladen, die Zeitspanne hängt aber auch davon ab, wie häufig er in Gebrauch ist.¹

Geräte mit Nickel-Cadmium-Akku

Seit dem Inkrafttreten des Batteriegesetzes (BattG) im Dezember 2009 ist das Inverkehrbringen cadmiumhaltiger Akkus nur noch für sehr wenige Anwendungen erlaubt, da das Schwermetall gesundheits- und umweltschädlich ist. Der Cadmiumgehalt von Gerätebatterien darf 0,002 Gewichtsprozent nicht überschreiten. Von der Regelung ausgenommen sind Batterien für schnurlose Elektrowerkzeuge, Not- und Alarmsysteme, Notbeleuchtungen und medizinische Geräte sowie Industrie- und Fahrzeugbatterien. Wird der Kapazitätsverlust durch den Memory-Effekt regelmäßig behoben, erreichen Nickel-Cadmium-Akkus eine Lebensdauer von bis zu 1500 Zyklen. Bei Geräten mit NiCd-Akku muss beachtet werden, dass die Selbstentladung des Akkus sehr hoch ist, sie liegt bei etwa 20 Prozent pro Monat. Akkubetriebene Elektrowerkzeuge gibt es zum Beispiel auch mit Lithium-Ionen(Li-Ion)-Akkus, die nicht vom Memory-Effekt betroffen sind. Darüber hinaus sind inzwischen moderne Nickel-Cadmium-Akkus handelsüblich, die keinen Memory-Effekt mehr aufweisen.²

Die Entdeckung des Memory-Effekts

Entdeckt wurde der Memory-Effekt bereits in den 1960er Jahren. Ingenieure der NASA bemerkten, dass in einem Satelliten installierte Akkus mit der Zeit an Kapazität verloren. Die Akkus lieferten nur so viel Energie, wie zuvor aufgeladen wurde. Durch den Memory-Effekt reduziert sich die Speicherkapazität, der Akku prägt sich sozusagen den Stand der Teilentladung ein und stellt anschließend nur noch die entsprechende Menge an Energie bereit. Begleitet wird der Memory-Effekt von einem Spannungsabfall. Falls die Spannung dadurch unter den Mindestbedarf eines Geräts sinkt, ist der Akku nicht mehr gebrauchsfähig.³

Ursachen für den Memory-Effekt

Ursächlich für den Memory-Effekt bei Nickel-Cadmium-Akkus sind nach aktuellem Stand der Wissenschaft zwei Prozesse:

• Kristallbildung im Akku
• Umkristallisation an der Elektrode

Während des Aufladevorgangs bilden sich Mikrokristalle aus Cadmium in NiCd-Akkus. Ist der Akku nur teilentladen, entstehen beim Laden größere Mikrokristalle. Verglichen mit den kleineren haben die größeren Kristalle bei gleicher Masse eine geringere Gesamtoberfläche, so dass sie beim Entladen schlechter reagieren, was zu einem Einbruch der Spannung führen kann.

Von der Umkristallisation an der Cadmium-Elektrode sind vor allem ältere Ladetechnologien betroffen, die den Akkuladestand nicht erkennen. Diese laden den Akku für eine festgelegte Zeit, so dass es zu einer Überladung kommt, wenn er nur teilentladen war. Durch das Überladen wird eine Umkristallisation an der Elektrode ausgelöst. Aufgrund der elektrochemischen Eigenschaften von Cadmium resultiert aus dem Prozess eine verminderte Ausgangsspannung, die einen Kapazitätsverlust nach sich zieht. Durch die beständige Weiterentwicklung von NiCd-Akkus konnte der Memory-Effekt beseitigt werden, Kapazitätsverluste treten heutzutage hauptsächlich wegen Alterungserscheinungen, Tiefentladung, falscher Polung oder Überhitzung auf. Diese sind im Gegensatz zum Memory-Effekt dann allerdings irreparabel.⁴

Auf die Chemie kommt es an

Die Chemie eines Akkus entscheidet darüber, ob ein Memory-Effekt auftreten kann oder nicht. Von vorübergehenden Effekten, die einen Kapazitätsverlust bewirken, sind nur NiCd- und NiMH-Akkus betroffen. Ein Handy ist ebenso wie ein Laptop in der Regel mit einem Lithium-Ionen-Akku ausgestattet, bei dem kein Memory-Effekt vorkommt. Auch beim Elektroauto muss man sich um den Memory-Effekt nicht sorgen, ein leistungsstarker Li-Ion-Akku sorgt für den Antrieb.⁵

Memory-Effekte in anderen Bereichen

Der Begriff Memory-Effekt wird nicht nur auf Akkus bezogen verwendet, sondern auch in anderen Bereichen genutzt. Bei unbelasteten Brennstoffen tritt ein Memory-Effekt auf, wenn sie bei der Verbrennung überraschend hohe Dioxin-Emissionen verursachen, die aufgrund einer vorherigen Kontamination mit Altholz oder Abfall entstehen. Des Weiteren gibt es Kunststoff mit einem sogenannten Shape-Memory-Effekt: Formgedächtnis-Polymere „merken“ sich ihre frühere äußere Form.⁶

Die Textilbranche hat ebenfalls den Memory-Effekt für sich entdeckt. Für Schuhe gibt es Einlegesohlen mit Memory-Effekt und auch das Fußbett selbst kann auf diese Art gestaltet sein. Der Memory-Effekt wird dabei beispielsweise durch einen Schaum realisiert, der sich der individuellen Form der Füße anpasst. Ein BH kann ebenfalls mit einem Memory-Effekt versehen sein, in diesem Fall passen sich die Cups an die Form der Brüste an.⁷

Darüber hinaus kommt ein Memory-Effekt auch bei Muskeln vor, wenn sie sich an frühere Leistungen „erinnern“. Er funktioniert folgendermaßen: Untrainierte Personen beginnen mit einem Sportprogramm, das beispielsweise sieben Wochen lang dauert. Danach legen sie eine siebenwöchige Pause ein, bevor sie sich erneut dem Trainingsprogramm widmen, um anschließend wieder eine Pause einzulegen. Beim dritten Durchgang des Sportprogramms lässt sich feststellen, dass die Teilnehmenden rund doppelt so viel Kraft und Masse aufbauen wie im ersten. Muskeln haben in diesem Sinne ein Gedächtnis, denn der Memory-Effekt sorgt dafür, dass sie auf frühere Erfahrungen aufbauen können.⁸