Lithium-Batterie

Lithium-Batterie ist der Oberbegriff für nicht wiederaufladbare (Primärbatterien) und wiederaufladbare (Sekundärbatterien) Batterien, bei denen Lithium als aktives Material in der negativen Elektrode verwendet wird.

Aufgrund des Standardpotenzials von etwa -3,05 V (dem negativsten aller Elemente) und der daraus realisierbaren hohen Zellspannung, sowie der hohen theoretischen Kapazität von 3,86 Ah/g ist Lithium ein "ideales" negatives Elektrodenmaterial für Batterien. Die hohe Reaktivität von elementarem Lithium (beispielsweise mit Wasser oder bereits mit feuchter Luft) ist allerdings bei der praktischen Umsetzung nicht unproblematisch. Deshalb werden in Lithium-Batterien ausschließlich nichtwässerige, aprotische Elektrolytlösungen oder Festelektrolyte verwendet. Zur Erhöhung der Leitfähigkeit werden wasserfreie Elektrolytsalze (wie z.B. Lithiumperchlorat LiClO₄) zugesetzt. Die Entwicklung von Lithium-Batterien begann bereits in den 1960er Jahren.

Vorteile von Lithium-Batterien

Vorteile von Lithium-Batterien gegenüber herkömmlichen Systemen mit wässrigen Elektrolyten (beispielsweise Alkali-Mangan-Batterie oder Zink-Kohle-Batterie) sind die höhere Energiedichte (Wh/l) beziehungsweise die höhere spezifische Energie (Wh/kg), die hohe Zellspannung, die sehr lange Lagerfähigkeit aufgrund der geringen Selbstentladung sowie der weite Temperaturbereich für Lagerung und Betrieb.

Typen und Anwendungsbereiche

Beispiel einer Lithium-Batterie

Lithium-Batterien gibt es in vielen verschiedenen Typen, die sich in Kathode, Elektrolyt und Separator unterscheiden. Diese sind in verschiedenen Bauformen und Größen erhältlich und decken ein breites Anwendungsspektrum ab.

Lithium-Thionylchlorid-Batterie $L i - S O C l 2$ : Leerlaufspannung 3,7 Volt. Typische Lastspannung 3,4 Volt. Anwendungen sind die netzunabhängige Versorgung von Elektronik im militärischen und industriellen Bereich, in der Sicherheitstechnik und für Verbrauchszähler.
Lithium-Mangandioxid-Batterie $L i - M n O 2$ : Leerlaufspannung 3,5 bis 3,0 Volt. Typische Lastspannung 2,9 Volt. Dieser Typ ist weitverbreitet und wird hauptsächlich für Kameras, Uhren und als Backup-Batterie für Speicherchips eingesetzt.
Lithium-Schwefeldioxid-Batterie $L i - S O 2$ : Leerlaufspannung 3,0 Volt. Typische Lastspannung 2,7 Volt. Anwendung meist im militärischen Bereich.
Lithium-Kohlenstoffmonofluorid-Batterie $L i - (C F n)$ : Leerlaufspannung 3,2-3,0 Volt. Typische Lastspannung 3,1-2,5 Volt. Lithium-Kohlenstoffmonofluorid-Batterien haben etwas höhere Strombelastbarkeit und Kapazität als Lithium-Mangandioxid-Batterien, sind aber teurer. Sie werden daher für Anwendungen verwendet, bei denen Leistung wichtiger als Kosten ist, beispielsweise im medizinischen Bereich.
Lithium-Iod-Batterie $L i - I 2$ : Leerlaufspannung 2,8 V. Typische Lastspannung 2,795 V. Anwendung zur Stromversorgung von Herzschrittmachern.
Lithium-Eisensulfid-Batterie $L i - F e S 2$ : Leerlaufspannung 1,8 Volt. Typische Lastspannung 1,5 Volt. Anwendung im Fotobereich.
Lithium-Luft-Batterie $L i - O 2$ : Leerlaufspannung 3,4 V.

Siehe auch

Literatur

Lucien F. Trueb, Paul Rüetschi: Batterien und Akkumulatoren - Mobile Energiequellen für heute und morgen. Springer, Berlin 1998 ISBN 3-540-62997-1
David Linden, Thomas B. Reddy (Hrsg.): Handbook of Batteries. 3. Auflage. McGraw-Hill, New York 2002 ISBN 0-071-35978-8
Wiebke Dirks, Hendrik Vennemann: Lithium-Batterien. CHEMKON 12(1), S. 7 - 14 (2005), WILEY-VCH Verlag GmbH, ISSN 0944-5846
Günter Eichinger, Günter Semrau: Lithiumbatterien I – Chemische Grundlagen. Chemie in unserer Zeit 24(1), S. 32-36 (1990), Wiley-VCH Verlag GmbH, ISSN 0009-2851
Günter Eichinger, Günter Semrau: Lithiumbatterien II – Entladereaktionen und komplette Zellen. Chemie in unserer Zeit 24(2), S. 90-96 (1990), Wiley-VCH Verlag GmbH, ISSN 0009-2851
Andreas Jossen, Wolfgang Weydanz: Moderne Akkumulatoren richtig einsetzen, Printyourbook 2006, ISBN 9783939359111