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Lithium-Ionen-Akkus

Lithium-Ion-Akkus werden auch Swing-, Shuttle- oder Ionentransfer-Batterien genannt. Diese Bezeichnungen geben ganz gut das Grundprinzip dieses Akkumulatortyps wieder: Die Lade- und Entladeprozesse bewirken im Wesentlichen nur einen Transfer von Lithium-Ionen zwischen den beiden Elektroden. Als Kathode dient Lithium-Cobaltoxid (LiCoO2); im entladenen Zustand ist das Cobalt dreiwertig, im geladenen Zustand vierwertig. Die Anode wird durch eine sehr feine Kohlenstoffmatrix (Blähgraphit oder Kohlenstoffpulver) gebildet, in die sich Lithium-Ionen einlagern können. Als vereinfachte Summenformel ergibt sich:

Es gibt andere Systeme der Lithium-Ion-Akkus, die mit anderen Elektrodenmaterialien (siehe auch Li-Ion / Mangan Hochstromzellen) oder Elektrolyten mit anderer Beschaffenheit (z.B. Li-Ion-Polymer-Akkus) arbeiten, das Grundprinzip - der 'Ionen-Swing' und die Einlagerung der Lithium-Ionen in Matrizen - ist jedoch gleich.

Aufgrund der Instabilität von Lithium in Wasser dürfen für Lithiumbatterien keine wässrigen Elektrolyte verwendet werden. Eingesetzt werden organische Elektrolyte mit hoher chemischer Beständigkeit und guter Löslichkeit für Lithiumsalze, zum Beispiel Alkohol-Cabonate mit Lithiumhexafluorphosphat (LiPF6) oder Lithiumimid (LiN(SO2CF3)2).

Typische Leistungsdaten und Verwendung (Lithium-Cobaltoxid)

Zellen-Klemmenspannung: 3,6 Volt (andere Systeme: 3 - 4,3 Volt)
Lebensdauer in Ladezyklen: 1.000 bis über 1.000
Verwendbar in Umgebungstemperaturen: -20°C bis +60°C
Typische Energiedichte: 100 - 120 Wh/kg (theoretisch > 450 Wh/kg)
Typische volumische Energiedichte: 200 - 300 Wh/l
Typische Leistungsdichte: 100 - 200 W/kg
Typische Selbstentladung: ca. 5 - 10% pro Monat

Nachteilig ist der relativ hohe Preis der Lithium-Ionen-Akkus, weswegen sich ihre Anwendung zurzeit noch auf Anwendungen beschränkt, bei denen hohe Energiedichte preislich von den Kunden akzeptiert wird, beispielsweise Handy- oder Notebook-Batterien.

Durch das geringe spezifische Gewicht des Lithiums ergibt sich bei diesem Akkutyp eine hohe Energiedichte, die Li-Ion besonders auch für Antriebszwecke sehr interessant macht. Auf diesem Gebiet wird noch mit großen Anstrengungen Forschung betrieben.

Geschichtliche Entwicklung

Die Vorzüge von Lithium als Elektrodenmaterial waren schon früh bekannt und bereits 1938 gab es eine Lithium-Schwefeldioxid-Batterie bzw. 1969 eine Lithium-Thinoychlorid-Batterie, jeweils als Primärsysteme. Der erste Lithium-Ionen-Akkumulator wurde jedoch erst 1995 durch die Firma Sony auf den Markt gebracht.

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