= Lithium Akkus = == Einleitung == * Herstellung als primäre und sekundäre Zellen * Lithium ist das leichteste feste Element im Periodensystem * Lithium hat das höchste elechtrochemische Standardpotential * Sehr reaktiv mit Wasser unter Bildung von Wasserstoff => Alkalimetall * Weniger starke Reaktion mit Sauerstoff und Stickstoff. Bearbeitung nur unter Edelgasatmosphäre oder stark reduzierter Luftfeuchtigkeit entsprechend einem Taupunkt von -50°C * Erste Zellen mit Braunstein (MnO,,2,,) als Kathode und Lithium als Anode schon vor 40Jahren für Kameras oder Knopfzellen für Taschenrechner. * 1991 erste Zellen mit LiCoO,,2,, asl Kathodenmaterial. * Japanisches Monopol bis ca. Jahr 2000 * Durchbruch durch die sog. Lithium-Polymer Technologie, die die Herstellung und Verpackung der Zellen deutlich erleichtert und Metallgehäuse überflüssig macht. * 18650 Standardzellen. 18mm Durchmesser, 65mm Länge. == Elektroden == == Positive Elektrode == * Stromableiter aus Aluminium. Cu korodiert an positiver Elektrode stark. * Alternative zu Al: Nickel, aber zu teuer. * Mindestdicke von Al heute: 15µm,jedoch 1/3 Leitfähigkeit von Cu, daher ok. == Negative Elektrode == * Stromableiter aus Kupfer. Al reagiert an negativer Elektrode mit Li. * Alternative zu Cu: Nickel, aber zu teuer. * Mindestdicke von Cu heute: 10µm == Lithium-Ionen vs. Lithium-Polymer-Zellen == === Lithium-Ionen-Zellen === * Beide Elektroden enthalten das Aktivmaterial * Definieren heute den Standard * Benötigen ein festes Gehäuse um die Funktion zu gewährleisten. === Lithium-Polymer(Gel) === * Polymer-Technologie ~ Jahr 2000 * Elektrolyt wird in Polymermatrix fest fixiert. * "coffee-bag"-Verpackung, kein festes Gehäuse notwendig. * Große Flexiblität hinsichtlich der Formgebung des Gehäuses. * Höherer Innenwiderstand aufgrund des Gels * Verpackungsfreiheit lässt Zellen mit großer Oberfläche und guter Wärmeabfuhr zu. * Kostenvorteil durch billigere Verpackung wird durch teuerere Materialien neutralisiert. === Lithium (Fest-) Polymer-Zellen === * Elektrolyt besteht aus einem Polymer, mit darin gelöstem Lithium-Salz * Ionen-Transport findet im Polymer statt => Erst ab 60-70°C funktionsfähig. == Markt und Anwendungen == * Handys und Digitalkameras * Laptops * Knopfzellen für Kleinstgeräte * In Zukunft eventuell Power-Tools und Elektromobilität == Reaktionen == * Gleichung der Negativen Elektrode . '''Li,,1,,C,,6,, -> Li,,1-x,,C,,6,, + xLi^+^ + xe^-^''' * Gleichung der positiven Elektrode . '''Li,,y,,CoO,,2,, + xLi^+^ + xe^-^ -> Li,,y+x,,CoO,,2,,''' == Eigenschaften == == Alterung == * Unabhängig von der Nutzung weisen Li-Zellen eine limitierte kalendarische Lebensdauer von etwa 5 Jahren auf. * Kapazitätsverlust durch Zyklisieren bedingt durch * Wachstum von Deckschichten * Kontaktverlust des Aktivmaterials durch Mechanische Arbeit der Elektrode * Überladung führt zu Zersetzung des Elektolyten * Tiefentladung führt zu Korrosion der Elektroden. Aus der Anode kann sich Kupfer lösen und zu Kurzschlüssen führen. == Optimaler Betrieb == * Bei der Ladung muss die Spannung mit einer Genauigkeit von mindestens 40mV eingehalten werden * Erwärmung, insbesondere ungliechmäßige Erwärmung ist zu vermeiden. * Um die Lebensdauer zu Maximieren sollten die Zellen einen Mittleren Ladezustand von 30% - 70% haben. Optimalerweise sollten die Zellen erst unmittelbar vor dem Gebrauch auf 90% geladen werden. * Auffrischzyklen sind nicht Sinnvoll, da die Zelle nur unnötig altert. * Lagerung bei 30% und Nachladung alle 6 Monate. * Lagertemperatur so niedrig wie möglich.