Wie funktionieren eigentlich Batterien, speziell Lithium-Ionen-Batterien bzw. Akkus? Hier ein paar leicht verständliche Erklärungen.
Gastbeitrag
In heutigen Elektroautos werden Lithium-Ionen-Batterie verwendet. Diese zeichnen sich durch eine hohe Kapazität wie auch Leistung aus. Sie haben mit den sonst in Autos verbauten Batterien nur gemeinsam, dass sie chemische Prozesse verwenden, um Strom freizusetzen. Eine Autobatterie eines Autos mit Verbrennungsmotor ist eine Blei-Säure-Batterie. Sie hat eine geringere Leistung und Kapazität als ein Lithium-Ionen-Akku.
Bild von der EXIDE Batterie ebenfalls entnommen von autodoc.de
Das Prinzip bei der Lithium-Ionen-Batterie besteht darin, dass sich die Elektronen bewegen, indem ein Potentialunterschied zwischen zwei Elektroden erzeugt wird. Dabei handelt es sich um eine negative und eine positive Elektrode, die in eine leitfähige ionische Flüssigkeit eingetaucht sind. Diese Flüssigkeit wird Elektrolyt genannt.
Wenn die Batterie ein Gerät mit Strom versorgt, werden die in der negativen Elektrode angesammelten Elektronen über den externen Stromkreis freigesetzt. Sie wollen nämlich aufgrund des Potentialunterschiedes zur positiven Elektrode wandern. Die Nutzung des Stromes ist die Entladephase. Umgekehrt, wenn die Batterie geladen wird, sendet die vom Ladegerät gelieferte Energie die Elektronen von der positiven Elektrode zurück zur negativen Elektrode.
Die verschiedenen Batterietypen unterscheiden sich durch Ionentypen, Elektrodenmaterialien und die dazugehörigen Elektrolyte. Die 12-Volt-Blei-Säure-Batterie, die beispielsweise traditionell zum Antreiben des Anlassers eines Fahrzeugs mit Verbrennungsmotor verwendet wird, basiert auf einem Elektrolyten, der Bleiionen und Elektroden enthält, die auf Blei basieren. Der Lithium-Ionen-Akku verwendet dagegen Lithium-Ionen (Li+): daher der Name dieser Technologie.
Eine Lithium-Ionen-Batterie, die in einem Auto verbaut wird, besteht aus mehreren einzelnen Batterieeinheiten (Zellen), die dann miteinander verbunden werden und über eine Steuereinheit überwacht werden. Dabei bestimmen die Anzahl der Zellen, die Größe der einzelnen Zellen und ihre Anordnung sowohl die von der Batterie gelieferte Spannung als auch ihre Kapazität, also die Menge an Strom, die sie insgesamt speichern kann. In der Regel wird die Kapazität in Wattstunden (Wh) oder in der Automobilindustrie in Kilowattstunden (kWh) angegeben.
Die Eigenschaften einer Lithium-Ionen-Batterie
Lithium-Ionen-Akkus sind in der Unterhaltungselektronik (Telefone, Laptops) ebenso zu finden wie in Elektroautos. Der Hauptgrund für diesen großen Erfolg liegt im Wesentlichen in der hohen Speicherdichte, die die Lithium-Ionen-Technologie ermöglicht.
Bei der Dichte handelt es sich um Verhältnis zwischen der von der Batterie angebotenen Speicherkapazität und ihrer Masse oder ihrem Gewicht. Zum Vergleich: Eine Lithium-Ionen-Batterie bietet eine Dichte von etwa 300 bis 500 Wattstunden pro Kilogramm. Sie kann damit etwa zehnmal mehr Energie als eine Blei-Säure-Batterie speichern.
Während derzeit die potenzielle Entwicklung von Innovationen wie der Festkörperbatterie verfolgt wird, stellt die Lithium-Ionen-Technologie aktuell den besten Kompromiss zwischen Kapazität, Volumen und Masse im Bereich der Elektromobilität dar. Sie bietet Hochspannung, einfaches Aufladen und Langlebigkeit. So kann diese in Nutzungsszenarien eingesetzt werden, die sich während des gesamten Lebenszyklus im Einklang mit den Prinzipien der Kreislaufwirtschaft ergänzen.