LithiumIonenZellen

LithiumIonenZellen (Li-Ion-Zellen) sind wiederaufladbare Energiespeicher, die chemische Energie in elektrische Energie umwandeln. Sie bestehen aus zwei Elektroden, einem Separatoren und einem Elektrolyten. Lithium-Ionen bewegen sich zwischen Kathode und Anode, während Elektronen durch den externen Stromkreis fließen.

Typische Kathodenmaterialien sind LiCoO2, LiNiMnCoO2 (NMC) oder LiFePO4; die Anode besteht meist aus Grafit. Der Elektrolyt ist eine Lithiumsalz-Lösung in organischen Lösungsmitteln; der Separator trennt Kathode und Anode, um Kurzschlüsse zu verhindern. Es gibt verschiedene Chemien mit unterschiedlichen Leistungseigenschaften.

Pro Zelle liegt die Spannung üblicherweise zwischen 3,0 und 4,3 Volt (Nennspannung etwa 3,6 bis 3,7 V). Nutzbare Energiedichte liegt meist bei 150 bis 260 Wh/kg (oder 250 bis 700 Wh/L). Die Lebensdauer beträgt je nach Typ und Nutzung typischerweise 500 bis 1.500 Ladezyklen.

Sicherheit: Li-Ion-Zellen können bei Fehlfunktionen thermisch durchgehen. Schutzmechanismen umfassen Batteriemanagementsysteme (BMS), gute Wärmeabfuhr, stabile Gehäuse und kontrollierte Ladebedingungen. Überladung, Tiefenentladung, Beschädigung oder hohe Temperaturen erhöhen das Risiko. Lagerung und Transport folgen Sicherheitsregeln.

Anwendungsgebiete reichen von Mobilgeräten und Laptops bis zu Elektrofahrzeugen und stationären Speichern. Umweltaspekte betreffen Rohstoffgewinnung, Recycling und Rückgewinnung wertvoller Materialien. In der Forschung werden Festkörper- bzw. Solid-State-Batterien als potenzielle sicherere, hochenergetische Alternativen untersucht.