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Dieser Abschnitt bietet einen Überblick über Lithium-Ionen-Akkus sowie ihre Anwendungen und Funktionsweisen. Werfen Sie auch einen Blick auf die Liste der 3 Hersteller von Lithium-Ionen-Akkus und deren Firmenranking.
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Ein Lithium-Ionen-Akku ist eine wiederaufladbare Batterie, die sich auflädt und entlädt, wenn Lithium-Ionen zwischen der positiven und der negativen Elektrode übertragen werden.
Sie werden in Elektrofahrzeugen, industriellen Speicherbatterien, Smartphones und Laptops verwendet. Im Vergleich zu Blei-Säure-Batterien ist die Spannung höher und der Anteil des aktiven Materials in der Batterie, das Energie speichern kann, ist geringer. Dies hat den Vorteil, dass die Größe der Batterie im Vergleich zu Batterien mit demselben Energiegehalt verringert werden kann.
Batterien sind Produkte, die sich durch wiederholtes Laden und Entladen verschlechtern und schließlich das Ende ihrer Nutzungsdauer erreichen. Lithium-Ionen-Akkus bilden da keine Ausnahme, haben aber in Dauertests, den so genannten Zyklustests, eine längere Lebensdauer als andere Batterien gezeigt.
Typische Anwendungsbereiche für Lithium-Ionen-Akkus sind die IT-, Automobil- und Energiebranche.
Lithium-Ionen-Akkus haben eine hervorragende Energiedichte, so dass kleine, dünne und hochleistungsfähige Batterien hergestellt werden können. Da für Anwendungen wie Mobiltelefone und Notebooks kleinere und leichtere Batterien benötigt werden, sind Lithium-Ionen-Akkus weit verbreitet, um diese Anforderungen zu erfüllen, und werden in fast allen Produkten verwendet.
Sie werden auch als mittelgroße und große Batterien für Elektrofahrzeuge (EVs) und Energiespeichersysteme verwendet, wobei ihre hohe elektrische Kapazität genutzt wird.
Ein Lithium-Ionen-Akku ähnelt einem Standard-Akku und besteht aus einer Kathode, einer Anode und dem Elektrolyten, in den sie getaucht sind.
Kathode und Anode sind durch eine Membran, den so genannten Separator, getrennt, der Lithiumionen, aber keine Elektronen durchlässt, und der Zwischenraum ist mit Elektrolyt gefüllt. Die Lithiumionen im Elektrolyten wandern während des Ladevorgangs von der positiven zur negativen Elektrode und erzeugen eine Potenzialdifferenz (Spannung) zwischen der negativen und der positiven Elektrode, die an den gewünschten Stromkreis angeschlossen werden kann, um einen Strom (Entladung) zu erzeugen.
Beim Aufladen werden Lithiumionen durch Anlegen einer externen Spannung vom aktiven Material der positiven Elektrode auf das aktive Material der negativen Elektrode übertragen. Nach dem Laden können die Lithium-Ionen wieder in Richtung Entladung übertragen werden, so dass die Batterie wiederholt zum Laden und Entladen verwendet werden kann.
Bei den aktiven Kathodenmaterialien handelt es sich hauptsächlich um Oxide auf Lithiumbasis, wie Lithiumkobaltoxid (LCO). Die Art des kathodenaktiven Materials beeinflusst die Leistung von Lithium-Ionen-Akkus erheblich.
Kohlenstoffbasierte Materialien wie künstlicher Graphit, natürlicher Graphit und harter Kohlenstoff sind die wichtigsten aktiven Materialien für die Anode. Zu den weniger gebräuchlichen Materialien gehören Silizium- (Si) und Zinn- (Sn) Legierungen sowie Lithiumoxide wie Titan (Ti) und Niob (Nb).
Die Reaktionsgleichung für die Entladung in Lithium-Ionen-Akkus ist je nach Art des Metalloxids und anderen Faktoren unterschiedlich, aber im Folgenden wird ein Beispiel dargestellt. Beim Laden erfolgt die Reaktion in umgekehrter Richtung wie bei der Entladung, d. h. von der rechten Seite zur linken Seite.
Ungewöhnliche Wärmeentwicklung in Lithium-Ionen-Akkus
Der Elektrolyt in Lithium-Ionen-Akkus enthält leicht entzündliche organische Lösungsmittel auf Karbonatbasis. Tritt daher in einem Lithium-Ionen-Akku eine Anomalie auf und steigt die Temperatur übermäßig an, kann dies zu einem Unfall mit Entzündung oder Explosion führen.
Die meisten abnormalen Erwärmungen werden durch einen Kurzschluss zwischen den Elektroden verursacht. Kurzschlüsse zwischen den Elektroden können durch eine Vielzahl von Faktoren verursacht werden, darunter starke äußere Stöße und Lithium-Metall-Ausfällungen in den Elektroden (Lithium-Dendriten). Unfälle, bei denen sich Lithium-Ionen-Akkus entzünden, können nicht nur durch unsachgemäße Handhabung, sondern auch bei normalem Gebrauch auftreten, weshalb Vorsicht geboten ist.
Wie lassen sich Zündunfälle mit Lithium-Ionen-Akkus vermeiden?
Die meisten durch Lithium-Ionen-Akkus verursachten Zündunfälle sind auf unsachgemäßen Gebrauch zurückzuführen. Daher ist es notwendig, den richtigen Umgang mit Lithium-Ionen-Batterien zu verstehen, um Zündunfälle zu vermeiden. Zu den besonderen Vorsichtsmaßnahmen gehören die folgenden:
Es ist auch wichtig, Produkte mit garantierter Sicherheit zu wählen. Produkte, die die nationalen Sicherheitsnormen erfüllt haben, sind mit dem PSE-Zeichen gekennzeichnet, das ein Zeichen für Sicherheit ist.
*einschließlich Lieferanten etc.
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