Prinzip der Lithium-Nachfüllung für Energiespeicherbatterien

Leistungsfähige, langlebige Energiespeicher sind für viele Zukunftstechnologien von zentraler Bedeutung. Dr. Daniel Mutter vom Freiburger Fraunhofer-Institut für Werkstoffmechanik IWM konnte klären, wie Feststoff-Elektrolyte aus Keramik chemisch zusammengesetzt sein müssen, um gute Leistung in Lithium-Ionen Batterien zu erbringen.

Wie entwickelt sich die Lithium-Ionen-Akku-Speicherung?

Bei der Lithium-Ionen-Akku-Speicherung sind in der Tabelle sowohl die aktuellen Werte von Fahrzeugen aus dem Jahr 2020 als auch prognostizierte Werte für Fahrzeuge in zehn Jahren angegeben, denn die Technologie entwickelt sich derzeit mit hohem Tempo weiter. 1.

Warum sind Lithium-Ionen-Batterien so wichtig?

Die Lithium-Ionen-Batterien werden trotz emsigen Forschens für besser Energiespeicher auf absehbare Zeit die Technologie der Wahl bleiben für E-Autos bleiben. Dafür gibt es gute Gründe, die auch im Aufbau und den Abläufen in den Zellen begründet sind. Dieser Beitrag ist Teil des Spezials: Hybrid- und Elektrofahrzeuge.

Wie ändert sich die Leerlaufspannung von Lithium-Ionen-Batterien?

Auch in Lithium-Ionen-Batterien setzt sich die Klemmenspannung aus einer Leerlaufspannung und einem dynamischen Anteil zusammen: Sind die Klemmen der Batterie offen, liegt an den Klemmen die Leerlaufspannung U0 (t) an. Die Leerlaufspannung von Lithium-Ionen-Batterien verändert sich mit dem Ladezustand.

Welche Rohstoffe werden für die Herstellung von Lithium-Ionen-Batteriezellen benötigt?

Grundsätzlich werden für die Herstellung von Lithium-Ionen-Batteriezellen für Elektroautos fünf Hauptrohstoffe benötigt. Auf der Kathodenseite fungiert eine Verbindung der Elemente Kobalt, Nickel und Mangan durch ihre Struktur als Speicherort für den Ladungsträger Lithium, auf der Anodenseite ist dies Grafit.

Was ist eine Lithium-Schwefel-Batterie?

Eine vielversprechende Forschungsrichtung ist die Lithium-Schwefel-Batterie 6, bei der die Kathode aus Schwefel und die Anode aus Lithiummetall besteht (Li-S). Lithium und Schwefel reagieren anders als Lithium und Karbon in herkömmlichen Lithium-Ionen-Akkus. In Karbon werden bis zu sechs Lithium-Ionen in die Gitterstruktur eingelagert.

Wie hoch ist die Energiedichte von Lithium und Schwefel?

Die Reaktion von Lithium und Schwefel erfolgt jedoch über einen vielfachen Elektronentransfermechanismus, woraus sich eine höhere Energiedichte ergibt. Die theoretischen Werte von rund 2.500 Wh/kg und 2.800 Wh/l werden in den bisher gebauten Prototypen allerdings bei Weitem nicht erreicht.