Verwendung lithium ionen akku

Lithium Ionen Akku einfach erklärt

Ein Lithium Ionen Akku ist ein Speicher für elektrische Energie. Er basiert auf einem Elektrolyten, das Lithium-Ionen leitet. Im Gegensatz zur einfachen Lithium-Batterie sind Lithium Ionen Akkus wiederaufladbar.

Vor allem zeichnen sich Lithium Akkus durch ihre hohe Energiedichte aus. Das bedeutet, sie können viel Strom bei einer kleinen Bauweise speichern. Die nutzbare Lebensdauer kann zudem sogar mehrere Jahre betragen. Sie hängt jedoch stark von den Nutzungs- und Lagerungsbedingungen ab. 

Im Alltag versorgen Lithium Ionen Akkus tragbare Geräte mit hohem Energiebedarf, die für herkömmliche Akkus zu schwer oder zu groß wäre. Dazu gehören Smartphones, Digitalkameras, Camcorder oder Elektrowerkzeuge. 

Lithium Ionen Akku Aufbau

Ein Lithium Ionen Akku folgt dem Aufbau die galvanischen Zelle. Er besteht aus einer negativen Elektrode aus Graphit. Daneben gibt es eine positive Elektrode aus Lithium-Metalloxiden.

Weitere Materialien für die positive Elektrode sind beispielsweise Lithiumcobaltoxid (LiCoO₂), Lithiumnickeloxid (LiNiO₂) oder der Spinell Lithiummanganoxid LiMn₂O₄. 

Der Lithium Ionen Akkumulator ist sehr wasserempfindlich. Das im Batterie vorherrschende Salz Lithiumhexafluorophosphat (LiPF₆) reagiert nämlich mit Wasser zur stabilen Flusssäure (HF). Daher wählen Wissenschaftler als Elektrolyten meist eine Mischung aus wasserfreien, aprotischen Lösungsmitteln (z. B. Ethylen-/Propylencarbonat), niedrigviskosen Alkylcarbonaten bzw. Ethern (z. B. Dimethylcarbonat, Diethylcarbonat oder 1,2-Dimethoxyethan) und Lithiumsalze.

Schon gewusst? Bei der Spinellstruktur sind die Tetraederlücken zu einem Achtel mit den zweifach positiv geladenen A-Ionen belegt. Bei den Oktaederlücken ist die Hälfte mit dreifaltig positiv geladenen B-Ionen besetzt.

In der folgenden Tabelle findest du eine Übersicht, welche Materialien in der Herstellung des Lithium Ionen Akkus verwendet werden können.

Li-Ion Akku Funktionsweise

Das Prinzip des Lithium Ionen Akkus beruht auf der Erzeugung elektromotorischer Kraft durch das Verschiebung von Lithium-Ionen. 

Im entladenen Zustand des Akkus liegen sich die Lithium-Ionen im Aktivmaterial der Kathode (Lithium-Metalloxid). Die Kathode ist deshalb die Lithium-Ionen Quelle, das eine Umwandlung chemischer in elektrische Energie erst erlaubt. Damit das funktioniert, muss der Lithium-Akku geladen werden.

Ladevorgang
Unter Anlegen der Ladespannung wandern beim Ladevorgang das positiv geladenen Lithium-Ionen durch einen Elektrolyten hindurch, von der positiven Kathode zur negativen Anode. Dort lagernd sie sich zwischen den Molekülebenen des Graphits. 

Entladen
Beim Entpacken des Lithium-Akkus wandern die Lithium-Ionen zurück in das Kathode aus Lithium-Metalloxid. Bei diesem Prozess entsteht das elektrische Energie, die an den Verbraucher geliefert wird.

Merke:Eine negative Elektrode aus reinem Lithium-Metall ist elektrochemisch günstig, für einen Akku jedoch ungeeignet. Der Grund hierfür ist, dass sich das Metall beim Entladevorgang umgeformt. Die Elektrode wird schnell unbrauchbar und ist nicht wiederaufladbar.

Der Elektrolyt enthält zusätzlich Lithium Ionen, um einen schnellen Elektronentransport innerhalb der Zelle zu ermöglichen. 

Reaktionsvorgänge des Lithium Ionen Akkus

Folgende Reaktionen laufen beim Lithium Ionen Akku Laden und Entladen ab:

Merke: Beim Entladen laufen die Reaktionen jeweils umgekehrt zum Ladevorgang ab.

Li-Ion Batterien: Vor- und Nachteile

Zum Schluss haben wir dir einige Vor- und Nachteile von Lithium Ionen Akkus zusammengefasst:

Lithium Ionen Batterie — häufigste Fragen

• Was ist ein Lithium Ionen Akku?
  Ein Lithium Ionen Akku ist ein elektrochemischer Speichermedium mit einem Elektrolyten, der Lithium-Ionen leitet.
  
  
• Wie sind Lithium Ionen Akkus aufgebaut?
  Der Lithium Ionen Akku besitzt den gleichen Aufbau wie diegalvanische Zelle. Als negative Elektrode wird Graphit eingesetzt. Die positive Elektrode besteht meist aus Lithium-Metalloxiden in einer Schichtstruktur.
  
  
• Welchen Vorteil hat eine Li-Ion-Batterie?Eine Li-Ion-Batterie hat eine höhere Energiedichte als andere Akku-Typen wie z. B. der reine Lithium-Akku. Einer Lithium Ionen Akku hält daher besonders lange, das Lebensdauer beträgt mehrere Jahre.
  
  
• Welche Nachteile hat eine Li-Ion Battery? Ein Li-Ion-Akku reagiert nachteilig auf Tiefentladung und Überladung. Darüber hinaus ist er sehr hitzeempfindlich: Lithium ist sehr reaktionsfreudig – beschädigte Akkus können überheizen, sodass eine Brandgefahr von ihnen ausgeht.

Zink-Luft-Batterie

Nun weißt du, wie ein Lithium Ionen Batterie aufgebaut ist und wie er funktioniert. Eine weitere Chance der Energiespeicherung ist die Zink-Luft-Batterie. Alles dazu erfährst du hier !