Feintuning für den Wunder-Akku
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Produktion klassischer wiederaufladbarer Lithium-Ionen-Akkus bei einem sächsischen Batteriehersteller. Bild: dpa
Der Lithium-Ionen-Akku ist noch immer das Nonplusultra unter den Energiespeichern. Mit besseren Materialien und einem optimierten Design versucht man, die elektrischen Kraftpakete weiter aufzurüsten und für die Energiewende fit zu machen – mit Erfolg.
Ohne sie läuft nichts mehr in unserer modernen digitalen Welt. Ob Smartphone, Laptop oder Elektrofahrzeug – in all diesen Geräten stecken Lithium-Ionen-Batterien. Der Siegeszug dieser wiederaufladbaren Batterien begründet sich in ihrer hohen Energiedichte. Lithium ist das leichteste Metall und gleichzeitig das elektropositivste – mit Lithium lassen sich daher die höchsten Zellspannungen erreichen. Kein anderes Batteriesystem bringt, bezogen auf das Eigengewicht, mehr elektrische Leistung. Seit rund 40 Jahren gibt es Lithium-Ionen-Batterien, und in dieser Zeit wurden die Zellen ständig verbessert, was Energiedichte, Lebensdauer und auch die Sicherheit angeht. Aber immer noch ist Spielraum für Weiterentwicklungen da, und weltweit wird an neuen und verbesserten Materialien geforscht, deren Eigenschaften den Anforderungen entsprechen.
Die zentralen Bestandteile einer Lithium-Ionen-Batterie sind die beiden Elektroden, der Elektrolyt und der Separator. Letzterer trennt die beiden Elektroden voneinander, ist aber für Lithium-Ionen durchlässig. In einem aufgeladenen Akku stecken die Lithium-Ionen in der Anode. Sobald elektrischer Strom verbraucht wird, wandern die geladenen Teilchen durch den Elektrolyten und den Separator zur Kathode, wo sie eingelagert werden. Gleichzeitig gibt das Anodenmaterial Elektronen nach außen an den Verbraucher ab. Beim Aufladen kehrt sich dieser Vorgang um: Durch eine äußere angelegte Spannung werden die Lithium-Ionen wieder zurück zur Anode gezwungen. Die Kathode hat in der Regel eine geringere Kapazität als die Anode. Daher ist hier ein wesentlicher Engpass für die Leistungsfähigkeit von Lithium-Akkus, an dem viele Forschungsarbeiten ansetzen.
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