Lithiumionen-Batterien und -Akkus

Aufbau von Lithiumionen-Akkus und -Batterien

Lithiumionen-Batterien bestehen aus einer Lithiumionen-Batterien bestehen aus einer Kathode, einer Anode, einem Separator und einem Elektrolyten.  Die Kathode kann aus verschiedenen Metalloxiden bestehen, z.B. Lithiumkobalt(III)-oxid (LiCoO₂) oder Lithiummanganoxid (LiMn₂O₄).  Die Anode hingegen wird meist aus Graphit hergestellt.  Die Schlüsselrolle spielt hier jedoch das Lithium, dessen Ionen sich beim Entladen und Laden zwischen den Elektroden bewegen.  Der Elektrolyt ist meist eine Flüssigkeit, die in einem Gemisch aus organischen Lösungsmitteln gelöste Lithiumsalze oder einen Feststoff enthält.  Zur Herstellung des Elektrolyten wird häufig Vinylidencarbonat verwendet.  Lithiumionen-Batterien bestehen aus mehreren solchen kleinen Zellen, die zu Paketen verbunden sind.  Sie können frei konfiguriert werden, wodurch die gewünschte Spannung erzeugt werden kann.

Vor- und Nachteile der Lithiumionen-Technologie

Zunächst wollen wir die Vorteile von Lithiumionen-Batterien und -Akkus vorstellen.

• Hohe Energiedichte: Die Lithiumionen-Technologie zeichnet sich durch eine der höchsten Energiedichten aus, so dass eine große Energiemenge in kleinen Batterien oder Akkus gespeichert werden kann.
• Geringe Selbstentladung: Im Vergleich zu anderen Batterietypen haben sie eine sehr niedrige Selbstentladungsrate, so dass sie Energie über lange Zeiträume speichern können, ohne dass die Kapazität wesentlich abnimmt.
• Lange Lebensdauer: Lithiumionen-Batterien und -Akkus zeichnen sich durch eine lange Lebensdauer aus.  Standardzellen haben meist eine Lebensdauer von 300 bis 1.000 Ladezyklen, es gibt aber auch Zellen mit einer höheren Lebensdauer.
• Kein „Memory-Effekt“: Im Gegensatz zu einigen anderen Technologien gibt es bei Lithiumionen-Akkus praktisch keinen Memory-Effekt.  Sie müssen somit nicht vollständig entladen werden, bevor sie zum Aufladen wieder angeschlossen werden.
• Schnelligkeit der Aufladung: Im Vergleich zu anderen gängigen Akkus haben diese Lithiumionen-Akkus einen schnelleren Ladevorgang, was ein besonderer Vorteil für Geräte ist, die viel Energie verbrauchen.
• Geringe Umweltbelastung: Die Lithiumionen-Technologie ist im Vergleich zu anderen Lösungen wie Blei- oder Nickel-Cadmium-Batterien deutlich weniger umweltschädlich.  Vor allem enthalten sie keine umweltschädlichen Schwermetalle.  Die höhere Effizienz des Ladevorgangs und seine kurze Dauer bedeuten, dass weniger Energie verschwendet wird.

Dank der oben genannten Eigenschaften werden Lithiumionen-Batterien und -Akkus gerne verwendet und sind zunehmend in vielen Geräten des täglichen Lebens zu finden.  Leider hat die Lithiumionen-Technologie auch Nachteile, die ihrer Verwendung gewisse Grenzen setzen.  Nachstehend sind einige davon aufgeführt.

• Hoher Preis: Die Produktionskosten von Lithiumionen-Batterien sind im Vergleich zu anderen Lösungen höher, was zu einem hohen Verkaufspreis führt.
• Problem der Tiefentladung: Die Entladung von Lithiumionen-Batterien unter den empfohlenen Wert kann zu dauerhaften Schäden führen.
• Kapazitätsverschlechterung: Mit der Zeit verlieren Lithiumionen-Batterien ihre Kapazität, auch wenn sie nicht intensiv genutzt werden.  Dieser Prozess verkürzt die Betriebszeit von Geräten, die diesen Batterietyp verwenden.
• Sicherheit bei der Verwendung: Defekte und Lithiumionen-Akkus und -Batterien können eine Explosions- oder Brandgefahr darstellen.  Auch extrem hohe Temperaturen oder Überladung können zu solchen Ereignissen führen.

Trotz der Nachteile, die Lithiumionen-Batterien und -Akkus haben, finden sie eine Vielzahl von Anwendungen.

Wo werden Lithiumionen-Batterien und -Akkus verwendet?

Die Lithiumionen-Technologie ist derzeit eine der beliebtesten Methoden zur Herstellung von Batterien und Akkus.  Aufgrund der zahlreichen Vorteile und ihrer Anpassungsfähigkeit an die Bedürfnisse der Verbraucher werden sie gerne in einer Vielzahl von Geräten eingesetzt.

Wo kann man diese Art von Batterien und Akkus also finden?

Unterhaltungselektronik

Lithiumionen-Batterien werden hauptsächlich in der Unterhaltungselektronik verwendet.  Wir finden sie in Smartphones, Computern, Fernsehern, Laptops, schnurlosen Kopfhörern, Uhren, Kameras und vielen anderen elektronischen Geräten.  Aufgrund ihrer hohen Energiedichte, geringen Größe und langen Lebensdauer werden sie häufig in tragbaren Geräten für den täglichen Gebrauch eingesetzt.

Elektroautos

Eine beliebte Gruppe von Geräten, in denen Lithiumionen-Batterien verwendet werden, sind Elektro- und Hybridautos.  Sie werden hier verwendet, weil sie leichter sind als herkömmliche Bleibatterien, aber auch relativ große Entfernungen zwischen den Aufladungen zurücklegen können.  Die Verwendung von Batterien in modernen Autos verringert die CO₂-Emissionen aus Abgasen.

Speicherung von Energie

Immer größerer Beliebtheit erfreuen sich Energiespeichersysteme, sowohl im industriellen als auch im häuslichen Bereich, die Vorräte an Energie aus erneuerbaren Quellen wie Wind– oder Sonnenenergie speichern.   In solchen Systemen werden auch Lithiumionen-Akkus verwendet.

Elektrische Werkzeuge

Aufgrund ihrer hohen Leistung und schnellen Ladefähigkeit werden Lithiumionen-Akkus gerne in den meisten Elektrowerkzeugen und kabellosen Geräten eingesetzt.  Sie sind unter anderem in Geräten wie Schleifmaschinen, Bohrmaschinen, Kettensägen und vielen anderen zu finden.

Medizinische Geräte

Die geringen Abmessungen von Lithiumionen-Akkus bieten die Möglichkeit, sie in speziellen medizinischen Geräten zu verwenden.  Sie werden u.a. in Herzschrittmachern, EKG-Messgeräten, Blutdruckmessgeräten, medizinischen Wagen und anderen lebensrettenden Geräten eingesetzt.

Dies sind nur einige der wichtigsten Anwendungen für Lithiumionen-Batterien und -Akkus.  Häufig finden wir sie auch in Systemen, die für die Energieversorgung bei verschiedenen Ausfällen zuständig sind, aber auch in Drohnen und ferngesteuerten Fahrzeugen.  Es laufen auch Versuche, sie in der Luftfahrt einzusetzen.