Lithium-Ionen-Akku (Handout)

Aufbau und Funktionsweise

Aufbau des Li-Akkus (Aufladevorgang)

• Graphitelektrode an einem Aluminiumleiter
• Lithium-Metalloxid (z.B. Lithium-Cobaltoxid) an einem Kupferleiter

Aufladevorgang (nicht freiwillig)

1. Anlegen einer äußeren Spannung
2. Am Pluspol oxidiert Cobalt(III) zu Cobalt(IV). → Dabei werden Elektronen freigesetzt, die über den Kupferleiter zum Pluspol gelangen.$\mathrm{L}\mathrm{i}\mathrm{C}\mathrm{o}\mathrm{O}{\phantom{A}}_2⟶\mathrm{L}\mathrm{i}{\phantom{A}}^{+}+\mathrm{C}\mathrm{o}\mathrm{O}{\phantom{A}}_2+\mathrm{e}{\phantom{A}}^{-}$
3. Der Minuspol erzeugt einen Elektronenüberschuss im Aluminiumleiter und den Graphenschichten. → Positive Lithium-Ionen bewegen sich auf die Seite der Graphitelektrode.
4. Quasi-reduzierter Zustand des Kohlenstoffes. Lithium-Ionen werden im Graphen-Gitter "festgehalten". $\mathrm{C}{\phantom{A}}_6+\mathrm{L}\mathrm{i}{\phantom{A}}^{+}+\mathrm{e}{\phantom{A}}^{-}⟶\mathrm{L}\mathrm{i}{\phantom{A}}^{+}[\mathrm{C}{\phantom{A}}_6]{\phantom{A}}^{-}$

⇒ $\mathrm{L}\mathrm{i}\mathrm{C}\mathrm{o}\mathrm{O}{\phantom{A}}_2+\mathrm{C}{\phantom{A}}_6⟶\mathrm{L}\mathrm{i}{\phantom{A}}^{+}[\mathrm{C}{\phantom{A}}_6]{\phantom{A}}^{-}+\mathrm{C}\mathrm{o}\mathrm{O}{\phantom{A}}_2$

Entladevorgang

1. Die Elektronen fließen über einen angeschlossenen Verbraucher zurück auf die Seite des Metalloxides. $\mathrm{L}\mathrm{i}{\phantom{A}}^{+}[\mathrm{C}{\phantom{A}}_6]{\phantom{A}}^{-}⟶\mathrm{C}{\phantom{A}}_6+\mathrm{L}\mathrm{i}{\phantom{A}}^{+}+\mathrm{e}{\phantom{A}}^{-}$
2. Die Lithium-Ionen bewegen sich durch die Elektrolytlösung und den Separator zurück auf die Seite des Metalloxides.
3. Lithium-Ionen werden wieder gebunden, wobei Cobalt(IV) zu Cobalt(III) reduziert wird. $\mathrm{L}\mathrm{i}{\phantom{A}}^{+}+\mathrm{C}\mathrm{o}\mathrm{O}{\phantom{A}}_2+\mathrm{e}{\phantom{A}}^{-}⟶\mathrm{L}\mathrm{i}\mathrm{C}\mathrm{o}\mathrm{O}{\phantom{A}}_2$

⇒ $\mathrm{L}\mathrm{i}{\phantom{A}}^{+}[\mathrm{C}{\phantom{A}}_6]{\phantom{A}}^{-}+\mathrm{C}\mathrm{o}\mathrm{O}{\phantom{A}}_2⟶\mathrm{L}\mathrm{i}\mathrm{C}\mathrm{o}\mathrm{O}{\phantom{A}}_2+\mathrm{C}{\phantom{A}}_6$

Anwendung

• Handys
• Laptops
• Hörgeräte
• Herzschrittmacher
• Heimspeicher
• Elektrofahrzeuge, ...

Lithium-Polymer-Akkumulator

Vorteile	Nachteile
leicht	empfindlich gegenüber Beschädigungen
Flexibilität beim Design	relativ kurze Lebensdauer
hohe Energiedichte	komplexere Lade- und Entladeverfahren
schnelles Aufladen	hohe Kosten

Lithium-Polymer-Akkumulator für Mobilgeräte mit typisch flacher Bauweise. Der mittlere Goldkontakt dient der Temperaturüberwachung.