Was ist mit Lithium-Ionen-Batterie gemeint?

Eine Li-Ionen- oder Lithium-Ionen-Batterie (auch als LIB abgekürzt) ist eine der zuverlässigsten wiederaufladbaren Batterien. Sie sind in der tragbaren Elektronik und auch in Elektrofahrzeugen weit verbreitet. Heute werden sie auch in Militär- und Luftfahrtanwendungen immer beliebter. Diese Technologie wurde in den 1970er und 1980er Jahren von Stanley Whittingham, John Goodenough, Rachid Yazami und Akira Yoshino umfassend entwickelt. Es wurde dann 1991 von einem Team von Sony und Asahi Kasei unter der Führung von Yoshio Nishi kommerzialisiert.

Bei diesen Batterietypen wandern Lithiumionen von der negativen Elektrode über einen Elektrolyten zur positiven Elektrode, während die Batterie entladen wird, und bewegen sich dann während des Ladevorgangs in die umgekehrte Richtung. Lithium-Ionen-Batterien verwenden eine Lithiumverbindung, die als Material in der positiven Elektrode und normalerweise als Graphit in der negativen Elektrode eingelagert ist. Es ist bekannt, dass diese Batterien eine hohe Energiedichte, keinen Memory-Effekt und eine geringe Selbstentladung aufweisen. Sie können jedoch ein Sicherheitsrisiko darstellen, da sie brennbare Elektrolyte enthalten und Explosionen und Brände verursachen können, wenn sie beschädigt oder schlecht geladen sind. Samsung, ein technischer Gigant, musste vor einiger Zeit das Galaxy Note 7 zurückrufen, nachdem mehrere Fälle von Lithium-Ionen-Bränden gemeldet worden waren. Es gab auch mehrere solcher Vorfälle mit Boeing 787-Batterien.

Die Eigenschaften von Chemie, Kosten, Leistung und Sicherheit der Lithium-Ionen-Batterien variieren je nach Typ der Li-Ionen-Batterie. Tragbare elektronische Geräte verwenden hauptsächlich lithium-polymer-batterien (die Polymergel als Elektrolyten verwenden) und Lithium-Cobalt-Oxid (LiCoO2) als Kathodenmaterial. Es bietet dem Akku eine hohe Energiedichte, birgt jedoch ein geringes Sicherheitsrisiko, insbesondere wenn er beschädigt ist. Es gibt auch das lithiumeisenphosphat (LiFePO4), die Lithiumionen-Manganoxidbatterie (LiMn2O4, Li2MnO3 oder LMO) und dann das lithium-nickel-mangan-kobaltoxid (LiNiMnCoO2 oder NMC), das eine geringere Energiedichte, aber eine längere Batterie aufweist Leben und eine geringere Wahrscheinlichkeit von Feuer oder Explosion. Diese Batterien werden üblicherweise für Elektrowerkzeuge, medizinische geräte und andere Funktionen verwendet. Das NMC ist insbesondere ein führender Wettbewerber für Automobilanwendungen.

Wie funktioniert ein Lithium-Ionen-Akku?

Eine Batterie besteht aus einer Anode, einer Kathode, einem Separator, einem Elektrolyten und zwei Stromkollektoren (die positiv und negativ sind). Das Lithium wird in der Anode und der Kathode gespeichert. Der Elektrolyt transportiert positiv geladene Lithiumionen während der Entladung von der Anode zur Kathode und umgekehrt, wenn er durch den Separator geladen wird. Während sich die Lithiumionen bewegen, entstehen in der Anode freie Elektronen, die im positiven Stromkollektor eine Ladung erzeugen. Dieser elektrische Strom fließt über das mit Strom versorgte Gerät (sei es ein Mobiltelefon, ein Computer oder was auch immer das Gerät ist) vom Stromkollektor zum negativen Stromkollektor. Der Separator blockiert dann den Elektronenfluss in der Batterie.

Energiedichte vs. Leistungsdichte

Wenn Sie viel über diese Batterien gehört haben, müssen Sie diese beiden sehr verbreiteten Konzepte von Batterien gehört haben - die Energiedichte und die Leistungsdichte. Die Energiedichte wird normalerweise in Wattstunden pro Kilogramm (Wh / kg) gemessen und ist die Energiemenge, die die Batterie im Verhältnis zu ihrer Masse einsparen kann. Die Leistungsdichte wird dagegen in Watt pro Kilogramm (W / kg) gemessen und ist die Menge der Energie, die von der Batterie im Verhältnis zu ihrer Masse freigesetzt oder erzeugt werden kann. Sehen Sie die Batterie wie einen Pool. Die Energiedichte entspricht der Größe des Pools, während die Leistungsdichte bestimmt, wie der Pool in kürzester Zeit entleert werden kann.

Wie sicher sind Lithium-Ionen-Batterien?

Obwohl Lithium-Ionen-Batterien für unser Leben sehr nützlich waren, können sie auch gefährlich sein. Unter bestimmten Umständen halten diese Batterien bei Belastung möglicherweise nicht lange oder weisen Konstruktionsfehler auf.

Das Hauptproblem von Lithium-Ionen-Batterien wurde in Fällen beobachtet, die mit Konstruktionsfehlern oder Fehlern zusammenhängen, bei denen der interne Prozess anfänglich ordnungsgemäß funktionierte.

In einigen anderen Fällen haben Stressereignisse zu häufigen Ausfällen von Lithium-Ionen-Batterien geführt. Wenn Sie beispielsweise feststellen, dass der Akku auf Überhitzung oder Aufladung bei sehr niedrigen Temperaturen reagiert, kann dies ein Problem sein. Dies kann die Programmierung des Akkus beeinträchtigen und zu Fehlfunktionen führen und sogar zu einer Geräteexplosion führen.

Warum verwenden Sie einen Lithium-Ionen-Akku?

Es gibt mehrere Gründe, warum Lithium-Ionen-Batterien die bevorzugte Option für die Energiespeicherung sind, und die folgenden sind einige Gründe.

Hohe Energiedichte

Eine hohe Energiedichte ist ein Hauptvorteil der Lithium-Ionen-Batterietechnologie. Elektronische Geräte wie Mobiltelefone müssen zwischen den Ladevorgängen länger arbeiten und beim Laden auch Strom verbrauchen. Für solche Geräte sind Batterien mit einer höheren Energiedichte erforderlich. Es gibt auch viele elektrische Anwendungen, von Elektro- oder Elektrowerkzeugen bis hin zu Elektrofahrzeugen, die Energiespeicher mit hoher Dichte benötigen. Die höhere Leistungsdichte von Lithium-Ionen-Batterien ist ein klarer Vorteil. Dieser Batteriespeicher mit hoher Dichte ist genau das, was die Elektrofahrzeuge benötigen, um richtig zu funktionieren.

Selbstentladung

Ein Problem bei den meisten Batterietechnologien ist ihre Selbstentladungsrate. Die Lithium-Ionen-Zellen haben eine viel geringere Selbstentladungsrate als die anderen wiederaufladbaren Zellen wie die Ni-Cad- und NiMH-Zellen. Sie beträgt in den ersten 4 Stunden nach dem Aufladen normalerweise nur etwa 5% und fällt dann auf nur 1 oder 2% pro Monat ab.

Geringer Wartungsaufwand

Ein wichtiger Vorteil von Lithium-Ionen-Batterien besteht darin, dass sie keine Wartung benötigen, um ihre Leistung auf einem optimalen Niveau zu gewährleisten. Die Ni-Cad-Zellen benötigen vollständige Entladungen, um sicherzustellen, dass ihr Memory-Effekt ihre Funktionalität nicht beeinträchtigt. Da dies keine Auswirkungen auf Lithium-Ionen-Batterien hat, sind die obligatorische Gesamtentladung oder ähnliche Wartungsverfahren nicht erforderlich.

Es sind keine Grundierungsanforderungen erforderlich

Einige wiederaufladbare Batterien müssen beim ersten Laden vorbereitet werden. Dies ist bei Lithium-Ionen-Batterien nicht erforderlich.

Es gibt eine Vielzahl von ihnen zur Verfügung

Es gibt verschiedene Arten von Lithium-Ionen-Batterien oder -Zellen. Dieser besondere Vorteil von Lithium-Ionen-Zellen oder -Batterien bedeutet, dass es einen Batterietyp für jede technologische Anwendung gibt. Einige Formen dieser Batterien sind für die Unterhaltungselektronik erhältlich, da sie eine hohe Stromdichte bieten, während andere für den industriellen Einsatz, Elektrowerkzeuge und sogar in Elektroautos erhältlich sind.