Lithium-Ionen-Akku

Lithium-Ionen-Akkumulatoren werden oft als Lithium-Ionen-Akku oder Li-Ion-Akku bezeichnet. Wie alle anderen Akkus auch, dienen sie dazu, elektrische Energie zu speichern. Dabei lassen sie sich wieder aufladen und können mehrfach verwendet werden. Das Hauptziel ist das mobile Nutzen von Strom, wie zum Beispiel in Handys, MP3-Playern und Elektroautos.

Funktionsweise eines Lithium-Ionen-Akkus

Ein Lithium-Ionen-Akku besteht aus zwei Elektroden, einem Elektrolyt, einem Separator, Lithium-Atomen und einem Übergangsmetall. Als Übergangsmetall werden üblicherweise Eisen-, Nickel- oder Kobalt-Ionen verwendet. Ein Elektrolyt dient beim Anlegen einer Spannung, dem Leiten von Strom.

Die Lithium-Atome liegen an der negativ geladenen Elektrode, der Anode, vor. Anders als die Übergangsmetall-Ionen, die sich an der Kathode (positive Elektrode) befinden. Im Gegensatz zu Lithium-Atomen und den Übergangsmetall-Ionen, können Lithium-Ionen im Elektrolyt durch den Separator zur Kathode gelangen.

Wird der Lithium-Ionen-Akku benutzt, so findet ein Entladevorgang statt. Bei diesem Vorgang geben die Lithium-Atome jeweils ein Elektron an der Anode ab und werden zu Lithium-Ionen. Die Lithium-Ionen fließen dann zur Kathode. Dort werden die Elektronen von den Übergangsmetall-Ionen aufgenommen, sodass Lithium weiterhin in ionisierter Form vorliegt. Durch diesen Vorgang fließen die Elektronen von der Anode zur Kathode, ein Strom fließt.

Ist ein Lithium-Ionen-Akku „leer“, also entladen, so kann dieser wieder aufgeladen werden. Dazu wird der Akku an eine Stromquelle angeschlossen (Ladegerät). Es läuft der umgekehrte Vorgang wie bei der Benutzung ab. Die Lithium-Ionen fließen zur Anode und nehmen dort Elektronen auf.

Vorteile eines Lithium-Ionen-Akkus

Im Gegensatz zu herkömmlichen Batterien können Lithium-Ionen-Akkus wieder aufgeladen werden. Vergleicht man die Kosten zum Beispiel für die Benutzung eines MP3-Players, so ist es wesentlich günstiger bei häufigem Gebrauch Akkus zu verwenden. Unter dem Strich ist es teurer, immer wieder neue Batterien zu kaufen als Akkus zu laden.

Ein weiterer Vorteil ist, dass es bei heutigen Lithium-Ionen-Akkus kaum noch einen Memory-Effekt gibt. Beim Memory-Effekt hat sich die Ladekapazität immer weiter verringert, wenn der Akku nicht vollständig geladen und/oder entladen wurde. Aufgrund der stetigen Verbesserungen ist dieser Effekt fast nicht mehr vorhanden. Somit verlieren Lithium-Ionen-Akkus auch bei unvollständigem Laden/Entladen nicht an ihrer Ladekapazität.

Im Vergleich mit anderen Akku-Typen besitzen Lithium-Ionen-Akkus eine sehr hohe Energiedichte. Diese liegt bei etwa 150 Wh/kg bzw. 450 Wh/l. Der Vorteil an einer hohen Energiedichte ist, dass für die gleiche Kapazität an elektrischer Energie weniger Platz benötigt wird. Folglich sind die Akkus kleiner und leichter als andere Akkumulatortypen wie Nickel- und Bleiakkumulatoren.

Durch die Möglichkeit Lithium-Ionen-Akku zu recyclen sind diese umweltfreundlich. Es entsteht für die Natur kein Schaden, wenn sich die Akkus in einem nicht beschädigten Zustand befinden. Beim Recycling werden, je nach Akku-Typ, hauptsächlich Nickel, Kupfer und Kobalt zurückgewonnen. Diese Übergangsmetalle werden gesammelt und können weiter bearbeitet und anschließend wieder verwendet werden.

Allgemeines zu Lithium

Lithium ist ein chemisches Element. Es besitzt die Ordnungszahl 3 und das Symbol Li. Im Periodensystem ist es in der ersten Hauptgruppe in der zweiten Periode zu finden. Lithium gehört zu den Alkalimetallen und glänzt silbern. Es hat eine hohe Siedetemperatur von über 1300°C und ist somit thermisch belastbar.

Bei Standardbedingungen, 25°C und 1bar, liegt Lithium im festen Aggregatzustand vor. Da es sehr reaktiv ist, oxidiert es sehr schnell bei feuchter Luft. Aufgrund der Reaktivität liegt Lithium in der Natur nicht in reiner Form, bzw. als Element, vor. Es ist unter anderem in sehr kleinen Mengen in Mineralwasser und auch im menschlichen Körper zu finden. Da es beim Hautkontakt mit Lithium leicht zu Verätzungen kommen kann, ist Vorsicht geraten.

Die großen Lagerstätten von Lithium ist hauptsächlich auf Erze/Gesteine und Salzlaugen, wie in Salzseen beschränkt. Länder in denen Lithium aus Minen gefördert wird sind zum Beispiel Australien, Kanada und Russland. Da sich die Gewinnung aus dem Gestein sehr schwierig darstellt, spielt sie keine bedeutende Rolle. Es liegt ein größeres Interesse bei der Förderung von Lithium aus Salzseen. Länder mit besonders hohen Anteilen von Lithiumchlorid in den Salzseen sind Chile, die USA, Argentinien und Bolivien. Das Wasser aus den Seen wird in große, flache Becken befördert. Durch die Zufuhr von Wärme, durch die Sonnenstrahlung, verdunstet das Wasser. Zurück bleiben unter anderem Lithiumverbindungen, in fester Form. Diese werden abgetragen und weiter bearbeitet.