Magazin | 12.06.15

Lithium-Ionen Akkus

Als Lithium - Ionen Akkus werden wieder aufladbare Batterien bezeichnet, die in allen Teilen der Zelle, sowohl in der Anode als auch der Kathode und dem Elektrolyt, Lithium Ionen enthalten. Im Vergleich zu anderen Akkus zeichnen sich Lithium - Ionen Akkus durch eine besonders hohe Energiedichte aus. Das bedeutet, im Verhältnis zum Gewicht können sie mehr Energie speichern als andere Typen von Akkus. Lithium - Ionen Akkus werden deswegen bevorzugt als Energiequelle für alle Arten von mobilen Geräten wie Smartphones, Tablet PCs oder MP3 Player verwendet.

Wie ist ein Lithium - Ionen Akku aufgebaut?

Der Energiespeicher besteht aus einer Grafit- Elektrode, die negativ geladen ist und einer positiven Elektrode, die aus Lithium - Metalloxid besteht. Bei dem Metalloxid handelt es sich entweder um Mangan, Nickel oder Kobalt. Damit es zu keinem Kurzschluss kommt, befindet sich zwischen den Elektroden ein Separator, der für die Lithium Ionen durchlässig ist. Um das Wandern der Ionen zu ermöglichen, ist der Akku mit einem Elektrolyt gefüllt. Wird der Akku geladen, wandern die Lithium Ionen zur Grafit-Elektrode und sammeln sich dort an. Beim Entladen bewegen sich die Ionen zur Metalloxid-Elektrode und lagern sich dort wieder an. Die Lithium Ionen sind relativ klein und können sich rasch bewegen. Die Ladeanschlussspannung liegt zwischen 4,1 und 4,2 Volt und muss bis auf 50 Millivolt genau eingehalten werden. Fällt sie unter 2,5 Volt, kann der Akku zerstört werden. Bei weniger als 1,5 Volt Spannung besteht sogar akute Brandgefahr. Je nach Zusammensetzung geben Lithium-Ionen Akkus eine Spannung von 3,6 oder 3,7 Volt ab.

Kurze Geschichte der Lithium-Ionen Akkus

Das dem Lithium-Ionen Akku zugrunde liegende Prinzip wurde bereits in den siebziger Jahren des vorigen Jahrhunderts an der TU München entdeckt. Allerdings erkannten die Wissenschaftler damals nicht den praktischen Nutzen, der sich dahinter verbarg. Das sich Lithium als Elektrodenmaterial eignet, wurde in den achtziger Jahren an der Universität Oxford entdeckt. Im Jahre 1989 wurde in Deutschland erstmals ein Patent für einen Lithium-Ionen Akku angemeldet, der aber von der Industrie nicht beachtet wurde. Das änderte sich erst, als die Firma Sony 1991 als erste eine Videokamera mit einem Lithium-Kobaltoxid Akku auf den Markt brachte. Von da an begann der Siegeszug dieser kompakten Energiespeicher. Ohne Lithium-Ionen Akkus wären die heutigen hochleistungsfähigen Smartphones und Tablet PCs nicht möglich, da deren hoher Energiebedarf durch konventionelle Akkus nicht gedeckt werden könnte.

Lithium-Ionen Akkus in der Praxis

Seitdem die ersten Modelle dieser Akkus vor mehr als 20 Jahren auf den Markt kamen, hat sich viel getan. Betrug früher die Lebensdauer maximal 1 bis 2 Jahre, liegt sie heute bei 4 bis 5 Jahren und nähert sich der durchschnittlichen Lebensdauer der Geräte an. Damit Verbraucher möglichst lange Freude an ihrem Akku haben, sollten sie ihn nie so lange benutzen, bis er völlig leer ist und nie bis zur vollen Kapazität laden. Ideal ist eine Ladung zwischen 50 und 80 Prozent der Kapazität. Im Gegensatz zu anderen Akkus haben Lithium-Ionen Akkus keinen nennenswerten Memory Effekt. Das bedeutet, wenn sie regelmäßig im halb vollen Zustand geladen werden, hat das keinen negativen Einfluss auf ihre Kapazität. Die Lebensdauer der Akkus wird durch die Temperatur beeinflusst. Zu hohe oder zu tiefe Temperaturen schaden den Akkus. Falls zum Beispiel ein Notebook mit Lithium-Ionen Akku fast ständig im Netzbetrieb genutzt wird, empfiehlt es sich, den Akku herauszunehmen und separat zu lagern. Am besten eignet sich ein kühler Ort (Kühlschrank, Keller), jedoch kein Gefrierfach. Bei optimalen Bedingungen beträgt die Selbstentladung etwa 1 Prozent pro Monat. Der betreffende Akku sollte erst kurz vor der Verwendung eingesetzt und geladen werden. Unter normalen Bedingungen sind Lithium-Ionen Akkus pflegeleicht und verursachen kaum Probleme.

Was ist bei Lithium-Ionen Akkus zu beachten?

Lithium ist eine extrem aggressive Substanz, die mit Wasser heftig unter der Entwicklung von Hitze und giftigen Dämpfen reagiert. Deswegen sollte man nicht versuchen, Lithium-Ionen Akkus zu öffnen oder zu manipulieren. Als Elektrolyt wird eine brennbare Flüssigkeit verwendet, daher besteht potentiell Brandgefahr, insbesondere bei unsachgemäßer Handhabung. Wegen der Aggressivität des Lithiums sollten brennende Akkus nicht mit Wasser gelöscht werden. Am besten ist es, dafür entweder Sand zu benutzen oder sie kontrolliert ausbrennen zu lassen. Am Ende ihrer Lebensdauer gehören Lithium-Ionen Akkus wegen ihrer giftigen Bestandteile in den Sondermüll bzw. sollten zum Wertstoffhof gebracht werden, damit sie dort fachgerecht entsorgt werden können.

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