Was ist ein Lithium-Ionen-Akku?

Batterien gehören zu den besten Technologien, die die Welt je gesehen hat. Sie kamen zur richtigen Zeit, als die Welt von fossilen Brennstoffen auf erneuerbare Energien umsteigen musste. Angesichts der globalen Erwärmung und anderer ähnlicher Probleme für die natürliche Umwelt können wir die Rolle von Batterien bei der Wiederherstellung der Ordnung nicht leugnen.

Und um die Dinge noch besser zu machen, hat sich die Technologie im Laufe der Jahre weiter verbessert. Wir hatten eine andere Art von Batterien, und die beste von allen basiert auf Lithium.

Lithium-Ionen-Batterien (LIB) gehören heute zu den leistungsstärksten Batterien. Sie sind stark, langlebig und produzieren mehr Leistung. In diesem Handbuch werden wir uns mit der LIB befassen.

Definition der Lithium-Ionen-Formel

Lithium-Ionen-Batterien gehören zu einer Familie von wiederaufladbaren Batterien. Sie haben eine hohe Energiedichte und verwenden üblicherweise Polymerelektronik.

Viele Leute verwechseln Lithiumbatterien mit LIB. Ersteres ist ein Regenschirm, unter den letzteres fällt. Einige Lithiumbatterien sind Einwegbatterien, dh sie können nicht aufgeladen werden. LIB verwendet dagegen interkaliertes Lithium. Dies unterscheidet sie von der metallischen Lithiumelektrode anderer Batterien derselben Familie.

LIB enthält negative und positive Elektroden, die von einem Elektrolyten umgeben sind. Diese Kombination schafft ein perfektes Medium für Lithiumionen, um sich frei von einer Elektrode zur anderen und zurück zu bewegen.

Während der Entladung fließen Elektronen durch einen externen Stromkreis, wodurch elektrische Energie fließt. Die erzeugte Energie ist stark genug, um die meisten elektronischen Geräte zum Laufen zu bringen.

Ein Vorgang, der als Einfügen (Interkalation) oder Extrahieren (Deinterkalieren) bezeichnet wird, findet wiederholt statt. Dadurch bewegt sich das Lithiumion frei in die Elektrodenstrukturen hinein und aus diesen heraus.

LIBs werden auch als "Rocking Chare-Batterien" oder "Swing-Batterien" bezeichnet, und Sie können sich vorstellen, warum. Die Terminologie stammt aus der Bewegung von Lithiumionen, wie oben beschrieben.

Eine Entladung bewirkt, dass sich die Lithiumionen von der Anode (normalerweise mit Graphit = C6) zur Kathode bewegen. Gleichzeitig bewegen sich die Elektronen durch einen externen Stromkreis in die gleiche Richtung. Die Umkehrung erfolgt während einer Wiederaufladung, bei der sich die Lithiumionen und Elektroden zur Anode zurückbewegen, die jetzt stark erregt ist.

Hier ist eine einfache Chemie der oben genannten. Während der Halbreaktion der Kathode im Lithium-dotierten Kobaltoxidsubstrat erhalten wir:

CoO2 + Li ++ e-LiCoO2

Die Halbreaktion in der Anode für den Graphit:

LiC6 C6 + Li + + e-

Während einer vollständigen Reaktion, Entladen und Laden ist die Reaktion:

LiC6 + CoO2 C6 = LiCoO2.

Der Gesamtreaktion sind Grenzen gesetzt. Wenn beispielsweise die Batterie überentladen ist, ist die Lithium-Kobalt-Anode übersättigt. In diesem Fall wird ein Lithiumoxid erzeugt, was zu einer Reaktion führt, die nicht rückgängig gemacht werden kann. Andererseits hat das Überladen der Batterien auch Auswirkungen, da es zur Synthese des Kobalt-IV-Oxids führt. Es ist etwas ähnlich wie Röntgenbeugung.

Der Transport von Lithiumionen von der negativen zur positiven Elektrode erfolgt durch Oxidation des Metallübergangs. Dies bedeutet, dass Kobalt (Co) in Li (1-x) CoO2 während einer Ladung von CO3 + auf CO4 + erhöht wird. Das Gegenteil passiert während einer Entladung. Sie können eine Kobaltelektrodenreaktion nur für x <0,5 umkehren. Aus diesem Grund ist eine Tiefe für die Entladung zulässig.

Die Energie einer Zelle wird durch Berechnung der Spannung mal der Ladung ermittelt. Lithiumbatterien enthalten mehr Strom als andere Batterien, weil:

· Verwendung von flüssigen Elektrolyten, die Salze in einem organischen Lösungsmittel enthalten.

· Festelektrolyte. Jüngste Entwicklungen haben die Verwendung von Festelektrolyten gefördert, wodurch die Leistung der Batterien verbessert wird.

Geschichte der Batterietechnologie

Hier ist eine chronologische Geschichte der Batterietechnologie.

· 1799. Ein italienischer Physiker, Alessandro Volta, erfindet den Voltaikhaufen. Er entwickelte die erste elektrische Batterie, die einen Stromkreis mit kontinuierlichem Strom versorgte. In diesem Voltaikstapel wurden Zink und Kupfer als Elektrode verwendet, und mit Salzlösung getränktes Papier wurde zum Elektrolyten.

· 1836. Vierzig Jahre später schuf ein britischer Chemiker, John Frederic Daniell, eine neue Zelle, die Daniell-Zelle. Die neue Zelle sollte das Problem der Wasserstoffblasen lösen. In der vorherigen Erfindung häuften sich Wasserstoffblasen am Boden der Zinkelektroden an, was deren Lebensdauer und Verwendung einschränkte. Daniell führte die Verwendung eines Kupfertopfs ein, der mit einer Kupfersulfatlösung gefüllt war. Es wurde weiter in Schwefelsäure und einen Zinkelektrolyten in einem Behälter eingetaucht.

· 1859. Ein französischer Physiker Gaston Plante erfindet den ersten akku. Dies war die erste Blei-Säure-Batterie, die mit geringen Kosten und hohen Stoßströmen geliefert wurde. Sie werden auch heute noch in Autostartermotoren eingesetzt.

· 1899. Waldemar Jungmar erfindet die Nickel-Cadmium-NiCad-Batterien in Schweden. Sie wurden zuerst wie die Blei-Säure-Batterien mit einem flüssigen Elektrolyten benetzt. Diese Batterien waren das Sprungbrett für die moderne Batterietechnologie.

· Die 1950er Jahre. Marken wie Duracell und Energizer wurden bei der Entwicklung der Alkalibatterien populär. Sie sind kostengünstig und in der Regel nicht wiederaufladbar. Ein bestimmter Elektrolyt, Kaliumhydroxid, kann sie jedoch wiederaufladbar machen. Die heute verwendeten Alkalibatterien sind eine Erfindung des kanadischen Ingenieurs Lewis Urry. Er verwendete Zink und Manganoxid in den Elektroden. Kaliumhydroxid dient als alkalischer Elektrolyt.

· 1989. Die Nickel-Metallhydrid-NiMH-Batterien werden mit einer wasserstoffabsorbierenden Legierung anstelle von giftigem Cadmium erfunden. Sie sind umweltfreundlicher und werden für Elektrowerkzeuge, Digitalkameras und andere elektronische Geräte verwendet.

· 1991. Der lithium-ionen-akku kommt ins Spiel, wenn Sony die ersten kommerziellen LIB-akkus herausbringt. Dies sind Hochenergiebatterien mit hoher Energiedichte, wie oben erläutert.

Spezifikation der Lithium-Ionen-Batterie

Die technischen Daten der LIB-Batterien variieren je nach Typ. Betrachten Sie 12V - 100Ah LIB-Batterien und 24V - 100Ah Lim wie unten.

LIB Typ 12V - 100Ah 24V - 100Ah

Modell Nr. 012-00002GF 012-00004GF

Nennkapazität 100Ah 100Ah

Nennbatteriespannung 12VDC 24VDC

Betrieb V Entladung 9,2 VDC 18,4 VDC

Betrieb V Ladung 15 VDC 30VDC

Zelle V min Abschaltung 2,3 VDC 2,3 VDC

Maximale Abschaltung der Zellenspannung 4,2 VDC 4,2 VDC

Kontinuierlicher Lade- / Entladestrom 100A 100A

Lebenszyklus 80% / 70% DOD> 2000 /> 5000> 2000 /> 5000

Betriebstemperatur -40 ° C = 50 ° C -40 ° C + 50 ° C.

Betriebsartenverbrauch 350mA 180mA

Wattstunden 1320Wh 2650Wh