Li-Ionen-Batterien gibt es fast überall. Sie werden in Anwendungen von Mobiltelefonen und Laptops bis hin zu Hybrid- und Elektrofahrzeugen eingesetzt. Lithium-Ionen-Batterien erfreuen sich auch in Großanwendungen wie unterbrechungsfreien Stromversorgungen (USVs) und stationären Batterieenergiespeichersystemen (BESSs) zunehmender Beliebtheit.
Eine Batterie ist ein Gerät, das aus einer oder mehreren elektrochemischen Zellen mit externen Anschlüssen zur Stromversorgung elektrischer Geräte besteht. Wenn eine Batterie Strom liefert, ist ihr Pluspol die Kathode und ihr Minuspol die Anode. Der als negativ gekennzeichnete Anschluss ist die Quelle der Elektronen, die über einen externen Stromkreis zum positiven Anschluss fließen.
Wenn eine Batterie an eine externe elektrische Last angeschlossen wird, wandelt eine Redoxreaktion (Reduktions-Oxidation) hochenergetische Reaktanten in energieärmere Produkte um, und die Differenz der freien Energie wird als elektrische Energie an den externen Stromkreis geliefert. Historisch gesehen bezog sich der Begriff „Batterie“ speziell auf ein Gerät, das aus mehreren Zellen bestand; Die Verwendung hat sich jedoch weiterentwickelt und umfasst nun auch Geräte, die aus einer einzelnen Zelle bestehen.
Wie funktioniert ein Lithium-Ionen-Akku?
Die meisten Li-Ionen-Batterien haben ein ähnliches Design und bestehen aus einer positiven Metalloxidelektrode (Kathode), die auf einen Aluminium-Stromkollektor aufgetragen ist, einer negativen Elektrode (Anode) aus Kohlenstoff/Graphit, die auf einen Kupfer-Stromkollektor aufgetragen ist, einem Separator und einem Elektrolyten aus Lithiumsalz in einem organischen Lösungsmittel.
Während sich die Batterie entlädt und elektrischen Strom liefert, transportiert der Elektrolyt positiv geladene Lithiumionen von der Anode zur Kathode und umgekehrt durch den Separator. Durch die Bewegung der Lithiumionen entstehen in der Anode freie Elektronen, die am positiven Stromkollektor eine Ladung erzeugen. Der elektrische Strom fließt dann vom Stromkollektor durch ein mit Strom versorgtes Gerät (Mobiltelefon, Computer usw.) zum negativen Stromkollektor. Der Separator blockiert den Elektronenfluss innerhalb der Batterie.
Während des Ladevorgangs legt eine externe Stromquelle (der Ladekreis) eine Überspannung an (eine höhere Spannung als die Batterie erzeugt, mit derselben Polarität), wodurch ein Ladestrom innerhalb der Batterie von der positiven zur negativen Elektrode fließt. also in der umgekehrten Richtung eines Entladestroms unter normalen Bedingungen. Die Lithiumionen wandern dann von der positiven zur negativen Elektrode, wo sie sich in einem Prozess, der als Interkalation bezeichnet wird, in das poröse Elektrodenmaterial einlagern.
Zeitpunkt der Veröffentlichung: 26.06.2022