Zusammensetzung von Lithium-Ionen-Akkus
Lithium-Ionen-Akkus, auch bekannt als Li-Ion-Akkus, sind eine Art sekundärer (wiederaufladbarer) Akkumulatoren, die aus Zellen bestehen, in denen Lithium-Ionen während der Entladung vom Anoden- zum Kathodenpol durch einen Elektrolyten wandern und beim Aufladen zurückkehren. Diese Akkus sind für ihre hohe Energiedichte, ihren fehlenden Memory-Effekt und ihre geringe Selbstentladung bekannt.
Kathode und Anode
Die Kathode besteht aus einem Verbundmaterial (einem interkalierten Lithium-Compound) und definiert den Namen der Li-Ion-Zelle. Meistens besteht sie aus Lithium-Kobalt-Oxid (LiCoO2) oder Lithium-Mangan-Oxid (LiMn2O4). Die Anode ist in der Regel aus porösem lithiiertem Graphit gefertigt, man erforscht jedoch auch neue Materialien wie Silizium.
Elektrolyt und Separator
Der Elektrolyt kann flüssig, polymer oder fest sein, wobei in kommerziellen Lithium-Ionen-Akkus meist eine nichtwässrige Lösung verwendet wird, in der Lithiumhexafluorphosphat (LiPF6) in organischen Carbonaten gelöst ist. Der Separator, ein poröses Material, ermöglicht den Transport von Lithium-Ionen und verhindert Kurzschlüsse und thermische Durchgehen.
Li-Ion vs. Li-Pol-Akkus
Im Vergleich zu Li-Ion-Akkus verwenden Li-Pol-Akkus (Lithium-Polymer) einen hochleitfähigen Gel-Polymer-Elektrolyten anstelle eines flüssigen. Dadurch bieten sie oft höhere spezifische Energien und werden in Gewichtssensitiven Anwendungen wie Mobilgeräten, Drohnen und einigen Elektrofahrzeugen eingesetzt.
Die gängigsten Li-Ion-Zelltypen
Einer der häufigsten Zelltypen ist die 18650-Batterie, die in vielen Laptop-Akkus, kabellosen Elektrowerkzeugen, bestimmten Elektroautos, Elektro-Tretrollern, den meisten E-Bikes, tragbaren Powerbanks und LED-Taschenlampen verwendet wird. Die Nennspannung beträgt 3,7 V.
Wichtige Eigenschaften eines Li-Ion-Akkus
Die Auswahl des Elektrolyten in allen Akkus ist entscheidend für Leistung und Sicherheit. Ein guter Elektrolyt muss niedrige Reaktivität mit anderen Zellkomponenten, hohe ionische Leitfähigkeit, geringe Toxizität, ein großes Fenster elektrochemischer Spannungsstabilität (0-5V) und thermische Stabilität aufweisen.
Zusammenfassend sind Lithium-Ionen-Akkus vielseitig einsetzbar und durch ihre unterschiedliche Chemie, Leistung, Kosten und Sicherheitseigenschaften für eine breite Palette von Anwendungen geeignet. Ihre ständige Weiterentwicklung verspricht auch in Zukunft innovative Lösungen für die Energieversorgung.
