12.08.2016 - 07:19

Warum es DEN Lithium-Ionen-Akku gar nicht gibt

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Zum Zeitgeist von Jeans-Latzhosen und Tamagotchis rückten in den 90er-Jahren die Lithium-Ionen-Akkus immer stärker in den Fokus. Grund dafür war das Aufkommen der Mobiltelefone. Dafür brachte der Lithium-Ionen-Akku einen entscheidenden Vorteil mit: seine hohe Energiedichte. Das bedeutet, maximale Energie ließ sich auf minimalem Raum speichern. Zwei neue Technologien hatten sich gefunden und verhalfen sich gegenseitig zum Durchbruch.

Natürlich hat sich das kleine Speicherwunder mit der Zeit auch weiterentwickelt. So sind die Lithium-Ionen-Akkus viel kompakter geworden, aus den klobigen Handys wurden handlichere Geräte. Zudem weisen die Lithium-Akkus keinen Memory-Effekt auf, ein Ärgernis von älteren Akku-Technologien, das viele Leute aber heute noch im Kopf haben.

Dabei gibt es den einen „Lithium-Ionen-Akku“ natürlich nicht, es ist eher ein Oberbegriff für eine ganze Reihe von Akkus, die in diese Kategorie fallen. Und es kommen immer wieder neue hinzu. Der erste wichtige Vertreter war der Lithium-Cobalt- oder auch Lithium-Cobaltoxid-Akku (LiCoO2), der aufgrund seiner hohen Energiedichte schnell Handys und Notebooks eroberte. In der Zwischenzeit hat sich aber auch der Lithium-Cobalt-Akku immer weiter entwickelt und differenziert. Durch die Zugabe neuer Materialien sind zum Beispiel der Lithium-Nickel-Mangan-Cobalt-Akku (NMC) oder der Lithium-Nickel-Cobalt-Aluminium-Akku (NCA) entstanden. Das Ziel dieser Lithium-Cobalt-Mischungen ist es, die höchstmögliche Energiedichte der Akkus zu erreichen. Kein Wunder also, dass sie überall dort eingesetzt werden, wo es um ein möglichst geringes Gewicht geht wie bei mobilen Geräten oder Elektro-Autos.

Aber auch außerhalb der Lithium-Cobalt-Mischungen wurde und wird stetig weiterentwickelt. Da gibt es etwa noch den Lithium-Mangan-, den Lithium-Titanat oder auch den Lithium-Eisenphosphat-Akku. Wenn der Elektrolyt in einem Lithium-Ionen-Akku nicht flüssig sondern fest ist, handelt es sich häufig um einen Lithium-Polymer-Akku. Dazu kommen ganz neue Vertreter, die noch in der Laborphase sind, wie etwa der Lithium-Luft- oder der Lithium-Schwefel-Akku – Bei den vielen Begriffen schwirrt einem schnell einmal der Kopf.

Wie funktioniert ein Lithium-Ionen-Akku überhaupt?

Um die Begriffe einordnen zu können, lohnt sich ein Blick auf den Aufbau eines Lithium-Ionen-Akkus: Zwischen zwei Elektroden - der Kathode und der Anode - befindet sich ein Elektrolyt. Die negativ geladene Anode besteht beim Lithium-Ionen-Akku in der Regel aus Graphit, die positive Kathode aus einem der vielen oben erwähnten Mischoxide. Zum Laden wird eine Spannung angelegt und die Lithium-Ionen wanderm durch den Elektrolyten von einer Elektrode zur anderen. Beim Entladen geben sie die durch das Laden aufgenommene Energie wieder ab und wandern in die andere Richtung. Der Elektrolyt als Träger der elektrischen Ladung besteht in der Regel aus flüssigen und leitenden Substanzen, so dass die Lithium-Ionen leicht hindurchwandern können. Sind alle Lithium-Ionen von einer Elektrode zur anderen gewandert, haben sie die gesamte Energie abgegeben und der Akku muss wieder aufgeladen werden.

Das Lithium selbst macht übrigens nur einen Bruchteil des verwendeten Batteriematerials aus. Gerade einmal 1 bis 1,5 % sind es, beim Rest handelt es sich um die Materialien der Kathode, der Anode oder der leitenden Kupferschichten.

Und welche Akkus stecken in der sonnenBatterie?

Während die Lithium-Cobalt-Mischungen in erster Linie in Anwendungen zum Einsatz kommen, welche die maximale Energiedichte erfordern, sieht es beim Heimspeicher etwas anders aus. Natürlich soll er auch kompakt sein allerdings sind die Anforderungen an die Größe nicht ganz so entscheidend wie im Auto oder im Handy, wo jedes Gramm zählt.

Viel wichtiger sind bei einem Batteriespeicher die Lebensdauer und die Sicherheit. In der sonnenBatterie kommen daher Lithium-Eisenphosphat-Akkus (LFP oder LiFePO4 abgekürzt) zum Einsatz. Dieser Akku-Typ gilt als unempfindlich, langlebig und sicherer als viele andere Vertreter der Lithium-Ionen-Akkus. Die sonnenBatterie garantiert zum Beispiel eine Lebensdauer von 10.000 Ladezyklen. Zum Vergleich: Ein Smartphone schafft es in der Regel auf 300 bis 500 Ladezyklen.

Zudem ist LiFePO4 das einzige Batteriematerial, das in dieser Verbindung auch in der Natur vorkommt, was für seine Stabilität spricht. Er enthält keine giftigen Schwermetalle wie Blei, Kobalt oder Nickel. Für uns also der ideale Partner also für den Einsatz im Batteriespeicher!