LithiumIonenBatterien

LithiumIonenBatterien sind wiederaufladbare Energiespeicher, bei denen Lithium-Ionen zwischen Anode und Kathode durch einen Elektrolyten wandern, wobei Interkalationsprozesse genutzt werden. Typisch besteht die Anode aus Graphit, die Kathode aus Lithium-Kathodenmaterialien wie LiCoO2, LiFePO4 oder modernen Mischkathoden wie NMC oder NCA. Der Elektrolyt ist meist ein Lithiumsalz in organischem Lösungsmittel; ein Separator trennt Anode und Kathode.

Historisch entwickelte sich die Technologie in den 1980er und 1990er Jahren; die erste kommerzielle LithiumIonenBatterie wurde 1991 von Sony vorgestellt. Wichtige Pioniere waren Yoshino und Forschungen von Goodenough, Mizushima. Seitdem sind Kapazität, Lebensdauer und Sicherheit durch Optimierungen der Kathodenchemie, Separatoren, Elektrolyte und das Battery Management System (BMS) signifikant verbessert.

Vorteile sind hohe Energiedichte, geringes Gewicht relativ zu anderen Akkus und geringe Selbstentladung. Nachteile umfassen Temperaturabhängigkeit, Alterung durch Zyklen und Kalenderlebensdauer, Sicherheitssorgen wie Thermal Runaway und die Notwendigkeit eines BMS. Die Lebensdauer variiert stark je nach Chemie und Betriebsbedingungen, typischerweise einige hundert bis über tausend Ladezyklen.

Anwendungen umfassen tragbare Elektronik, Elektrofahrzeuge und stationäre Energiespeicher. Lade- und Betriebsparameter richten sich nach Zellchemie; oft 3.0–4.2 V pro Zelle, moderate C-Rate, und Temperaturbereich von 0–40 Grad Celsius. Umweltaspekte schulden Recycling und Second-Life-Szenarien; Rohstoffe wie Kobalt, Lithium und Nickel werden durch Recycling zurückgewonnen; Lebenszyklusanalysen betonen Nachhaltigkeit.

Sicherheits- und Transportstandards wie UN 38.3, IEC 62133 und weitere Normen regeln Bau, Prüfung und Handhabung von LithiumIonenBatterien. Ein integriertes Battery Management System überwacht Spannungs-, Temperatur- und Stromgrenzen, um Überladung, Tiefentladung und Kurzschluss zu verhindern.