Was sind Lithiumbatterien und wie funktionieren sie?

Was sind Lithium-Ionen-Batterien, woraus bestehen sie und welche Vorteile bieten sie im Vergleich zu anderen Batteriespeichertechnologien?

Lithiumbatterien wurden erstmals in den 1970er Jahren vorgeschlagen und 1991 von Sony kommerziell hergestellt. Heute werden sie in Mobiltelefonen, Flugzeugen und Autos verwendet.Trotz mehrerer Vorteile, die ihnen zu zunehmendem Erfolg in der Energiebranche verholfen haben, weisen Lithium-Ionen-Batterien einige Nachteile auf und sind ein Thema, das viele Diskussionen hervorruft.

Doch was genau sind Lithiumbatterien und wie funktionieren sie?

Woraus bestehen Lithiumbatterien?

Eine Lithiumbatterie besteht aus vier Hauptkomponenten.Es verfügt über die Kathode, die die Kapazität und Spannung der Batterie bestimmt und die Quelle der Lithium-Ionen ist.Die Anode ermöglicht den Stromfluss durch einen externen Stromkreis und beim Laden der Batterie werden Lithiumionen in der Anode gespeichert.

Der Elektrolyt besteht aus Salzen, Lösungsmitteln und Zusatzstoffen und dient als Leitung für Lithiumionen zwischen Kathode und Anode.Schließlich gibt es noch den Separator, die physikalische Barriere, die Kathode und Anode voneinander trennt.

Vor- und Nachteile von Lithiumbatterien

Lithiumbatterien haben eine viel höhere Energiedichte als andere Batterien.Sie können bis zu 150 Wattstunden (WH) Energie pro Kilogramm (kg) haben, verglichen mit Nickel-Metallhydrid-Batterien mit 60–70 WH/kg und Blei-Säure-Batterien mit 25 WH/kg.

Sie haben auch eine geringere Entladungsrate als andere und verlieren etwa 5 % ihrer Ladung pro Monat im Vergleich zu Nickel-Cadmium-Akkus (NiMH), die 20 % pro Monat verlieren.

Allerdings enthalten Lithiumbatterien auch einen brennbaren Elektrolyten, der kleine Batteriebrände verursachen kann.Dies war der Auslöser für die berüchtigten Verbrennungen des Samsung Note 7-Smartphones, die Samsung dazu zwangen, die Produktion einzustellen und26 Milliarden US-Dollar an Marktwert verlieren.Es ist zu beachten, dass dies bei großen Lithiumbatterien nicht der Fall ist.

Lithium-Ionen-Batterien sind auch teurer in der Herstellung, da sie nahezu kosten können 40 % mehr Produktion als Nickel-Cadmium-Batterien.

Konkurrenten

Lithium-Ionen stehen im Wettbewerb mit einer Reihe alternativer Batterietechnologien, von denen sich die meisten noch im Entwicklungsstadium befinden.Eine solche Alternative sind Salzwasserbatterien.

Sie werden von Aquion Energy entwickelt und bestehen aus Salzwasser, Manganoxid und Baumwolle, um etwas zu schaffen, das unter Verwendung „reichlich vorhandener, ungiftiger Materialien und moderner, kostengünstiger Herstellungstechniken“ hergestellt wird.Aus diesem Grund sind sie die einzigen Batterien weltweit, die Cradle-to-Cradle-zertifiziert sind.

Ähnlich wie die Technologie von Aquion nutzt die „Blue Battery“ von AquaBattery eine Mischung aus Salz und Süßwasser, die durch Membranen fließt, um Energie zu speichern.Zu den weiteren potenziellen Batterietypen gehören die urinbetriebenen Batterien des Bristol Robotics Laboratory und die Lithium-Ionen-Batterie der University of California Riverside, die als Anode Sand statt Graphit verwendet, was zu einer Batterie führt, die dreimal leistungsstärker ist als der Industriestandard.