Ionen-Lithium-Batterie

Die ionische Lithiumbatterie ist zu einer unverzichtbaren Komponente in einer Vielzahl von Geräten und Fahrzeugen geworden, von Laptops und Mobiltelefonen bis hin zu Hybrid- und Elektroautos. Ihre Vorteile liegen in der hohen Energiedichte, der Wiederaufladbarkeit und dem geringen Gewicht (bis zu 70% leichter als Blei-Säure-Batterien); sie bieten eine erhöhte Sicherheit, ohne giftige Nebenprodukte wie Blei-Säure-Batterien zu produzieren; außerdem produzieren sie keine giftigen Nebenprodukte wie Blei-Säure-Batterien; daher arbeiten ihre Hersteller unermüdlich an der Entwicklung besserer Kathoden-/Anodenmaterialien und fester Elektrolyte, die eine hohe Kapazität der Batterien für eine sichere Verwendung in den Batterien gewährleisten - nur um diese Vorteile zu erhalten!

Zu den jüngsten Innovationen gehört eine ionische Lithiumbatterie, die als Elektrolyt eine poly(ionische Flüssigkeit) verwendet, anstatt flüchtige organische Lösungsmittel wie Kobalt in den derzeitigen LIBs als Elektrolytmaterial einzusetzen. Diese revolutionäre Entwicklung verspricht höhere Energiedichten bei niedrigeren Kosten und geringerer Abhängigkeit von teuren und problematischen Metallen wie Kobalt, die in den heutigen LIBs zu finden sind.

Ionische Lithiumbatterien bestehen aus einer Anode, einer Kathode, einem Separator und einem Elektrolyten, wobei die Anode Lithiumionen speichert und die Kathode als Elektronenspeicher dient, während ein Separator den Elektronenfluss innerhalb der Batterie blockiert. Ein Elektrolyt schließlich transportiert positiv geladene Lithiumionen zwischen Anode und Kathode während des Entladens und zurück zur Anode während des Ladens durch gleichzeitig stattfindende Interkalations-/Deinterkalationsprozesse - in der Fachsprache wird dieser Prozess als Interkalation/Deinterkalation bezeichnet.

Eine Anode, die in der Regel aus Graphit besteht, wird mit einer Kathode aus nicht brennbaren Metallsulfiden oder -nitriden kombiniert, um Lithiumionen durch Interkalation zu speichern, bei der sie physikalisch zwischen 2-D-Kohlenstoffschichten eingebettet werden, aus denen der Massengraphit besteht. Bei der Entladung der Zelle durchläuft die Anode eine Oxidations-Halbreaktion, bei der positive Lithiumionen freigesetzt werden, während gleichzeitig negativ geladene Elektronen durch den externen Stromkreis erzeugt werden; während der Entladung durchläuft die Anode eine Oxidations-Halbreaktion, bei der positive Lithiumionen erzeugt werden, während negativ geladene Elektronen durch den externen Stromkreis zur Kathode transportiert werden, wo eine Reduktions-Halbreaktion stattfindet und elektrischer Strom durch den externen Stromkreis fließt.

Es gibt viele Arten, z. B. 72-Volt-Lithium-Ionen-Batterie, 12-Volt-Lithium-Batterie 20ah, 20ah-Lithium-Batterie. Oxidations-Reduktions-Reaktionen müssen bei optimaler Temperatur und unter optimalen Bedingungen ablaufen; andernfalls könnten erhebliche strukturelle Veränderungen die Batteriekapazität erheblich verringern und die Zyklierbarkeit (das Maß dafür, wie viele Lade- und Entladevorgänge eine Batterie verkraften kann, bevor ihre Kapazität nachlässt) herabsetzen, wodurch sich der Innendruck der Zelle erhöhen und die Sicherheit von Mobilgeräten wie Tablets und Smartphones gefährden könnte.