Lithium-Ionen-Batterien sind zu einem unverzichtbaren Bestandteil unseres modernen Lebens geworden und versorgen Geräte und Werkzeuge, auf die wir täglich angewiesen sind, zuverlässig mit Energie. Eine Welt ohne zuverlässige Batterietechnologie beeinträchtigt viele Fortschritte in den Bereichen Mobilität, Konnektivität und Notfallversorgung.
Eine Batterie ist in ihrer einfachsten Form ein Gerät, das Energie chemisch speichert und in elektrische Energie umwandelt. Sie kann aus einer einzelnen elektrochemischen Zelle bestehen oder aus mehreren Zellen bestehen, die im Tandem arbeiten, um höhere Spannungen oder größere Kapazitäten zu liefern.
Eine kurze Geschichte der wiederaufladbaren Lithium-Ionen-Batterien
Die Chemie wiederaufladbarer Lithium-Ionen-Batterien hat sich weiterentwickelt. Dabei gibt es vier Haupttypen, die jeweils deutliche Fortschritte brachten und neue Anwendungen ermöglichten: Bleisäure, Nickel-Cadmium (Ni-Cd), Nickel-Metallhydrid (Ni-MH)und Lithium-Ionen-. Werfen wir einen kurzen Blick auf die Geschichte jedes einzelnen.
- Blei-Säure-Batterien
Blei-Säure-Batterien, die im 1800. Jahrhundert eingeführt wurden, zählen weltweit zu den am weitesten verbreiteten und anerkanntesten Batteriechemikalien. Dank ihrer niedrigen Produktionskosten, der günstigen Rohstoffe, der hohen Leistung und der langen Lebensdauer machen sie derzeit rund 40–45 % des weltweiten Batteriemarktes aus. Die Verwendung von Blei-Säure-Batterien in Autos, LKWs, Motorrädern und Geländefahrzeugen ist üblich.
- NiCad-Batterien
Nickel-Cadmium-Batterien (Ni-Cd), die 1899 von Waldemar Jungner entwickelt und patentiert wurden, haben eine lange Geschichte als zuverlässige, gut erforschte wiederaufladbare Batterietechnologie. Ihre einzigartigen Eigenschaften – wie der geringe Innenwiderstand und die Fähigkeit, hohe Stoßströme zu liefern – machen sie in mehreren Verbraucheranwendungen wertvoll, kommerzielle und industrielle Anwendungen, aufgrund ihres relativ geringen Innenwiderstands und der Fähigkeit, extrem hohe Stoßentladeströme zu liefern. Da Nickel und Cadmium als Gefahrenstoffe eingestuft sind, ist die Entsorgung von Ni-Cd-Akkus verantwortungsvoll. In vielen Ländern gibt es Vorschriften zum Recycling von Ni-Cd-Akkus, um die Verunreinigung von Deponien durch Cadmium zu verhindern. Verbraucher und Unternehmen sollten Ni-Cd-Akkus an dafür vorgesehenen Recyclingstellen entsorgen.
- NiMH-Akkus
Nickel-Metallhydrid-Akkus (NiMH) kamen Anfang der 1990er Jahre auf und entwickelten sich als effizientere und umweltfreundlichere Alternative zu Nickel-Cadmium-Akkus (Ni-Cd). Mit einer Zellspannung von 1.2 VDC, die der von Ni-Cd entspricht, können NiMH-Akkus Ni-Cd-Akkus in vielen Anwendungen direkt ersetzen, ohne dass bestehende Geräte modifiziert werden müssen. Diese Kompatibilität, gepaart mit ihrer höheren Energiedichte und geringeren Umweltbelastung, hat dazu geführt, dass NiMH-Akkus in der Unterhaltungselektronik dominieren und Ni-Cd-Akkus weitgehend überholen.
- Lithium-Ionen-Batterien
Lithium-Ionen-Akkus (Li-Ion) sind zur dominierenden Technologie in tragbaren elektronischen Geräten geworden und versorgen alles von Smartphones und Laptops bis hin zu Smartwatches und Vape Pens mit Strom. Als Li-Ion-Akkus Mitte der 1990er Jahre auf den Markt kamen, lösten sie aufgrund ihrer überlegenen Energiedichte, ihres leichten Aufbaus und ihrer Wiederaufladbarkeit schnell Nickel-Metallhydrid-Akkus (NiMH) als erste Wahl für mobile Geräte ab.
Der Begriff „Lithium-Ionen-Batterie“ umfasst eine Vielzahl chemischer Zusammensetzungen mit jeweils einzigartigen, auf unterschiedliche Anwendungen zugeschnittenen Eigenschaften. Diese Unterschiede ergeben sich aus der Wahl der positiven und negativen Elektrodenmaterialien und der Art und Weise, wie Lithiumionen durch den nichtwässrigen Elektrolyten transportiert werden. Diese Vielfalt ermöglicht die individuelle Anpassung von Eigenschaften wie Energiedichte, Sicherheit und Ladegeschwindigkeit.
Wie definiert man eine Lithium-Ionen-Batterie?
Lithium-Ionen-Akkus (Li-Ion) haben sich aufgrund ihrer hohen Energiedichte, mittleren bis hohen Zellspannungen und ihres geringen Gewichts im Vergleich zu älteren Batteriechemikalien wie Blei-Säure, Nickel-Cadmium (Ni-Cd) und Nickel-Metallhydrid (NiMH) zur bevorzugten Wahl für Unterhaltungselektronik entwickelt. Diese Technologie treibt auch moderne Innovationen an, wie z. B. LED-Badezimmerspiegel.
Lithium-Ionen-Batterien stellen eine bahnbrechende Technologie dar, die sich noch in der Anfangsphase ihres Lebenszyklus befindet, aber bereits weit verbreitet ist. Mit sinkenden Kosten und verbesserter Leistung gewinnt Lithium-Ionen zunehmend an Bedeutung in der Unterhaltungselektronik, in Elektrofahrzeugen und in der Energiespeicherung im großen Maßstab. Dank der kontinuierlichen Innovation in der Chemie und im Design von Lithium-Ionen-Batterien haben diese Batterien das Potenzial, den zukünftigen Bedarf verschiedener Branchen zu decken und gleichzeitig den Übergang zu nachhaltigeren Energielösungen zu unterstützen. Als führender cHersteller von kundenspezifischen Akkupacks, CMB ist stolz darauf, ein Pionier der Energielösungen der Zukunft zu sein.
Nicht wiederaufladbare primäre Lithiumbatterien
Primäre Lithiumbatterien werden seit den 1970er Jahren eingesetzt und dienen vor allem der mobilen Stromversorgung in Industrie, Militär und Verbrauchern. Sie zeichnen sich durch ihre lange Haltbarkeit, ihren geringen Wartungsaufwand und ihre hohe Energiedichte aus. Einige primäre Lithiumbatterien behalten ihre Kapazität bis zu 10–20 Jahre und sind somit eine zuverlässige Notstromquelle. Diese Batterien halten auch hohen Temperaturen stand, manche Typen vertragen Temperaturen bis zu 70 °C, was in Umgebungen mit extremen Bedingungen von Vorteil ist.
Die gängigsten Basischemikalien für Lithiumbatterien auf dem Markt sind desulfatiertes Lithium (LiFeS2) und Lithiummangandioxid (LiMnO2).
Lithium-Ionen-Batterietypen
Wiederaufladbare Lithiumbatterien lassen sich in zwei Hauptkategorien unterteilen: Lithium-Metall-Batterien und Lithium-Ionen-Batterien (Li-Ion).
Lithium reagiert mit dem Elektrolyt in einer Lithium-Metall-Batterie, wodurch sich Dendriten auf der Oberfläche der Elektrode bilden.
Die zweite Form wiederaufladbarer Lithiumbatterien ist als Lithium-Ionen-Batterie bekannt. Der Minuspol einer Lithium-Ionen-Batterie besteht aus einer kohlenstoffbasierten Substanz wie Graphit. Der Minuspol kann aus jeder beliebigen Legierung oder Substanz bestehen, solange er durch die Speicherung von Lithium in seiner Struktur eine Verbindung ermöglicht.
Häufig gestellte Fragen zu wiederaufladbaren Lithium-Ionen-Batterien
F: Warum wird in den Batterien Lithium verwendet?
A: Lithium wird aufgrund seiner einzigartigen Eigenschaften, die zu effizienten, leistungsstarken Batteriesystemen beitragen, häufig in Batterien verwendet.
F: Was ist das? Haltbarkeit einer Lithium-Ionen-Batterie im Lager?
A: Lithium-Ionen-Batterien haben bei Lagerung normalerweise eine Haltbarkeit von 3 bis 6 Jahren, abhängig von den Lagerbedingungen und der spezifischen Chemie der Batterie. Die Selbstentladung, die im Laufe der Zeit zu einem Kapazitätsverlust führt, erfolgt mit einer Rate von 2 % bis 5 % pro Monat.
F: Sind alle Lithium-Ionen-Zellen wiederaufladbar?
A: Nicht alle Lithium-basierten Zellen sind wiederaufladbar. Lithium-Ionen-Akkus sind Sekundärzellen, also wiederaufladbar. Es gibt jedoch auch Lithium-Primärzellen, die nur einmal verwendet werden können. Der Versuch, primäre Lithiumzellen wiederaufzuladen, ist extrem gefährlich, da es zu Überhitzung, Aufblähung und sogar Explosion führen kann. Im Zweifelsfall, ob eine Lithiumzelle wiederaufladbar ist, sollten Sie unbedingt die Angaben des Herstellers prüfen.
F: Was ist der Unterschied zwischen Li-Ion und LiPo/Lithium-Polymer?
A: Li-Ion ist ideal für Anwendungen, bei denen Energiedichte und Zyklenlebensdauer im Vordergrund stehen, während LiPo häufig für Anwendungen gewählt wird, bei denen Formflexibilität, sicherere Entladung bei hohen Raten und Belastbarkeit in Hochleistungsumgebungen erforderlich sind.
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