Was sind Lithiumbatterien und wie funktionieren sie?

Was sind Lithium-Ionen-Batterien, woraus bestehen sie und was sind die Vorteile gegenüber anderen Batteriespeichertechnologien?

Erstmals in den 1970er Jahren vorgeschlagen und 1991 von Sony kommerziell hergestellt, werden Lithiumbatterien heute in Mobiltelefonen, Flugzeugen und Autos verwendet.Trotz einiger Vorteile, die sie in der Energiewirtschaft zu zunehmendem Erfolg geführt haben, haben Lithium-Ionen-Batterien einige Nachteile und sind ein viel diskutiertes Thema.

Aber was genau sind Lithiumbatterien und wie funktionieren sie?

Woraus bestehen Lithiumbatterien?

Eine Lithiumbatterie besteht aus vier Schlüsselkomponenten.Es hat die Kathode, die die Kapazität und Spannung der Batterie bestimmt und die Quelle der Lithium-Ionen ist.Die Anode lässt den elektrischen Strom durch einen externen Stromkreis fließen und wenn die Batterie geladen wird, werden Lithium-Ionen in der Anode gespeichert.

Der Elektrolyt besteht aus Salzen, Lösungsmitteln und Zusatzstoffen und dient als Leitung für Lithiumionen zwischen Kathode und Anode.Schließlich gibt es noch den Separator, die physikalische Barriere, die Kathode und Anode voneinander trennt.

Vor- und Nachteile von Lithium-Batterien

Lithiumbatterien haben eine viel höhere Energiedichte als andere Batterien.Sie können bis zu 150 Wattstunden (WH) Energie pro Kilogramm (kg) haben, verglichen mit Nickel-Metallhydrid-Batterien mit 60-70 Wh/kg und Blei-Säure-Batterien mit 25 Wh/kg.

Sie haben auch eine geringere Entladungsrate als andere und verlieren etwa 5 % ihrer Ladung in einem Monat im Vergleich zu Nickel-Cadmium-Batterien (NiMH), die in einem Monat 20 % verlieren.

Lithiumbatterien enthalten jedoch auch einen brennbaren Elektrolyten, der kleine Batteriebrände verursachen kann.Dies war der Grund für die berüchtigten Verbrennungen des Samsung Note 7-Smartphones, die Samsung dazu zwangenSchrottproduktionund 26 Milliarden Dollar an Marktwert verlieren.Es sei darauf hingewiesen, dass dies bei großen Lithiumbatterien nicht vorgekommen ist.

Lithium-Ionen-Batterien sind auch teurer in der Herstellung, als sie könnenkosten fast40 % mehr zu produzieren als Nickel-Cadmium-Batterien.

Konkurrenten

Lithium-Ionen sind der Konkurrenz ausgesetzteine Reihe alternativer Batterietechnologien,die meisten davon befinden sich in der Entwicklungsphase.Eine solche Alternative sind salzwasserbetriebene Batterien.

In Entwicklung von Aquion Energy, bestehen sie aus Salzwasser, Manganoxid und Baumwolle, um etwas zu schaffen, das mit „reichlich vorhandenen, ungiftigen Materialien und modernen, kostengünstigen Herstellungstechniken“ hergestellt wird.Aus diesem Grund sind sie die einzigen Batterien der Welt, die Cradle-to-Cradle-zertifiziert sind.

Ähnlich wie die Technologie von Aquion,Die „Blue Battery“ von AquaBattery verwendet eine Mischung aus Salz- und Süßwasserdurch Membranen fließen, um Energie zu speichern.Andere mögliche Batterietypen umfassen die urinbetriebenen Batterien des Bristol Robotics Laboratory undUniversity of California RiversideLithium-Ionen-Batterie, die Sand anstelle von Graphit für die Anode verwendet, was zu einer Batterie führt, die dreimal leistungsstärker ist als der Industriestandard.