Lithium-Ionen-Akkus – Funktionsweise
Lithium-Ionen-Akkus, auch bekannt als Li-Ion-Akkus, sind eine Art von Sekundärbatterien (wiederaufladbar), die aus Zellen bestehen, in denen Lithiumionen während der Entladung vom Anoden- durch ein Elektrolyt zum Kathodenmaterial wandern und beim Aufladen zurückkehren. Die Kathode besteht aus einem zusammengesetzten Material (einem interkalierten Lithiumverbindung) und definiert den Namen der Li-Ionen-Akku-Zelle. Die Anode besteht in der Regel aus porösem lithiiertem Graphit. Das Elektrolyt kann flüssig, polymer oder fest sein. Der Separator ist porös, um den Transport von Lithiumionen zu ermöglichen und Kurzschlüsse sowie thermisches Durchgehen der Zelle zu verhindern.
Chemie und Leistung
Die Chemie, Leistung, Kosten und Sicherheitsmerkmale variieren bei verschiedenen Typen von Lithium-Ionen-Akkus. Handheld-Elektronik verwendet meist Lithium-Polymer-Akkus (mit einem Polymergel als Elektrolyt), einem Lithium-Kobalt-Oxid (LiCoO2) Kathodenmaterial und einer Graphitanode, die eine hohe Energiedichte bieten. Li-Ion-Akkus haben generell eine hohe Energiedichte, keinen Memory-Effekt und eine geringe Selbstentladung.
Verbreitete Anwendungen
Eine der häufigsten Zelltypen ist die 18650-Batterie, die in vielen Laptop-Akkus, kabellosen Elektrowerkzeugen, bestimmten Elektroautos, elektrischen Tretrollern, den meisten E-Bikes, tragbaren Powerbanks und LED-Taschenlampen verwendet wird. Die Nennspannung beträgt 3,7 V. Es ist wichtig, nicht wiederaufladbare primäre Lithiumbatterien (wie Lithium-Knopfzellen CR2032 3V) von sekundären Lithium-Ionen- oder Lithium-Polymer-Akkus zu unterscheiden, die wiederaufladbar sind. Primäre Lithiumbatterien enthalten metallisches Lithium, was bei Lithium-Ionen-Akkus nicht der Fall ist.
Chemische Prozesse in Lithium-Ionen-Akkus
Ein elektrischer Akku ist im Wesentlichen eine Quelle für Gleichstrom. Er wandelt gespeicherte chemische Energie durch einen elektrochemischen Prozess in elektrische Energie um. Dies ermöglicht dann eine Quelle der elektromotorischen Kraft, um Ströme in elektrischen und elektronischen Schaltkreisen fließen zu lassen. Eine typische Batterie besteht aus einer oder mehreren Volta-Zellen.
Der grundlegende Prozess in einer elektrochemischen Zelle sind spontane Redoxreaktionen in zwei Elektroden, die durch ein Elektrolyt getrennt sind, welches eine ionisch leitfähige und elektrisch isolierte Substanz ist. In einfachen Worten: Jede Batterie ist so konzipiert, dass Kathode und Anode getrennt sind, um eine Reaktion zu verhindern. Die gespeicherten Elektronen fließen nur, wenn der Stromkreis
