Zusammensetzung von Lithium-Metall-Batterien
Lithiumbasierte Primärzellen, auch bekannt als Lithium-Metall-Batterien, sind nicht wiederaufladbare Batterien, die metallisches Lithium als Anode verwenden. Diese Batterietypen zeichnen sich durch die geringste Selbstentladungsrate aus, wodurch sie eine außergewöhnlich lange Lagerfähigkeit von bis zu 10 Jahren und eine Temperaturbeständigkeit bis zu 70°C aufweisen.
Die gängigsten Zellen
Zu den häufigsten Lithium-Metall-Batterien gehören:
Lithium-Mangan-Dioxid-Zelle (Li/MnO2).
Lithium-Eisen-Disulfid-Zelle (Li/FeS2).
Lithium-Thionylchlorid-Zelle (Li/SOCl2).
Lithium-Luft-Zelle (Li/Air).
Chemische Reaktionen
Eine typische Reaktion in Li/MnO2-Zellen ist wie folgt:
Li(s) + MnIVO2(s) ⇌ MnIIIO2(Li+) [E° = +3.19 V]
Unterscheidung von Lithium-Ionen-Batterien
Es ist wichtig, primäre Lithium-Metall-Batterien von sekundären Lithium-Ionen- oder Lithium-Polymer-Batterien zu unterscheiden, die wiederaufladbar sind. Letztere enthalten kein metallisches Lithium.
IEC-Standardkennzeichnung
Der erste Buchstabe im IEC-Standard kennzeichnet die chemische Zusammensetzung der Batterie. „C“ steht für Lithium-Metall-Batterien, wie z.B. CR2032.
Eigenschaften von Lithium
Lithium zeichnet sich durch ein niedriges Elektrodenpotential und eine sehr hohe Leitfähigkeit aus. Es ist weich, formbar und kann zu dünnen Folien extrudiert werden.
Klassifizierung nach Kathodenmaterial und Spannung
Batterien können auf verschiedene Weisen klassifiziert werden, eine gängige Methode ist nach dem Kathodenmaterial und der Spannung. Eisen-Disulfid-Kathoden ergeben eine Zelle mit einer Nennspannung von 1,5 Volt, während die meisten anderen Lithium-Batterien 3,0-Volt-Systeme mit Kathoden aus Feststoffen (Mangan-Dioxid oder Kohlenmonofluorid) oder hochtoxischen Flüssigkeiten (Schwefeldioxid oder Thionylchlorid) verwenden.
Typen von Lithium-Metall-Batterien
Lithium-Mangan-Dioxid-Zelle: verwendet Lithiumfolie als Anode und Mangan-Dioxid als Kathode.
Lithium-Eisen-Disulfid-Zelle: verwendet Lithium für die Anode, Eisen-Disulfid für die Kathode.
Lithium-Thionylchlorid-Zelle: bekannt für die höchste Energiedichte aller Lithiumzelltypen.
Lithium-Luft-Zelle: ähnlich wie Zink-Luft-Zellen, aber mit theoretisch sehr hoher Energiedichte.
Zusammensetzung einer Lithium-Metall-Batterie (Li/MnO2)
Eine Lithium-Metall-Batterie besteht aus fünf Teilen:
Deckel (negativer Pol).
Anode: Aktives Material ist metallisches Lithium.
Separator: Eine durchlässige Membran zwischen Anode und Kathode.
Kathode: Aktives Material ist hochdichtes Mangan-Dioxid (MnO2).
Elektrolyt: Eine Mischung organischer Lösungsmittel, in der ein Alkalimetallsalz gelöst ist.
Gehäuse (positiver Pol).
Fazit
Lithium-Metall-Batterien bieten aufgrund ihrer chemischen Eigenschaften und Bauweise eine zuverlässige Energiequelle mit langer Lagerfähigkeit und sind in verschiedenen Anwendungen weit verbreitet. Ihre einzigartigen Eigenschaften machen sie zu einer wichtigen Komponente in der modernen Elektronik und Energiespeicherung.
