Was sind Lithiumbatterien und wie funktionieren sie?

2020-04-21 11:39:49

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

Lithiumbatterien, die erstmals in den 1970er Jahren vorgeschlagen und 1991 von Sony kommerziell hergestellt wurden, werden heute in Mobiltelefonen, Flugzeugen und Autos verwendet. Trotz mehrerer Vorteile, die zu einem zunehmenden Erfolg in der Energiewirtschaft geführt haben, weisen Lithium-Ionen-Batterien einige Nachteile auf und sind ein Thema, das viel diskutiert werden muss.

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 Lithiumionen ist. Die Anode ermöglicht es dem elektrischen Strom, durch einen externen Stromkreis zu fließen, und wenn die Batterie geladen wird, werden Lithiumionen in der Anode gespeichert.

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

Pros and cons of lithium batteries

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 niedrigere Entladerate als andere und verlieren in einem Monat etwa 5% ihrer Ladung im Vergleich zu Nickel-Cadmium (NiMH) -Batterien, die in einem Monat 20% verlieren.

Lithiumbatterien enthalten jedoch auch einen brennbaren Elektrolyten, der kleine Batteriebrände verursachen kann. Dies führte zu den berüchtigten Verbrennungen des Samsung Note 7-Smartphones, die Samsung dazu zwangen, die Produktion einzustellen und einen Marktwert von 26 Mrd. USD zu verlieren. Es ist zu beachten, dass dies bei großen Lithiumbatterien nicht der Fall ist.

Die Herstellung von Lithium-Ionen-Batterien ist ebenfalls teurer, da die Herstellung fast 40% mehr kosten kann als die von Nickel-Cadmium-Batterien.

Wettbewerber

Lithium-Ionen ist der Konkurrenz einer Reihe alternativer Batterietechnologien ausgesetzt, von denen sich die meisten in der Entwicklungsphase befinden. Eine solche Alternative sind mit Salzwasser betriebene Batterien.

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

Ähnlich wie bei der Technologie von Aquion verwendet die „Blaue Batterie“ von AquaBattery eine Mischung aus Salz und Süßwasser, die durch Membranen fließt, um Energie zu speichern. Weitere potenzielle Batterietypen sind die urinbetriebenen Batterien des Bristol Robotics Laboratory und die Lithium-Ionen-Batterie der University of California Riverside, bei der Sand anstelle von Graphit für die Anode verwendet wird. Dies führt zu einer Batterie, die dreimal so leistungsstark ist wie der Industriestandard.