Mit der zunehmenden Verbreitung von Elektroautos auf unseren Autobahnen interessieren sich immer mehr Menschen für die Technologie, die diese Fahrzeuge antreibt. EVs sind vollgepackt mit Spitzentechnologie. Von regenerativen Bremsen bis zu superschnellen Ladevorgängen ist in den heutigen Elektrofahrzeugen alles vorhanden.

Neben den Elektromotoren ist die Batterie die wichtigste Komponente eines Elektrofahrzeugs. Die Lithiumbatterie, die in den meisten Elektroautos zu finden ist, ist auch eine der umstrittensten Komponenten eines Elektroautos. Lesen Sie weiter, um zu erfahren, wie Lithium-Ionen-Batterien in Elektrofahrzeugen dazu beitragen, diese hochmodernen Maschinen voranzutreiben.

Die Lithium-Ionen-Batterie ist der Schlüssel zur Revolution der Elektrofahrzeuge. Diese Batterien haben eine hohe Energiedichte, insbesondere im Vergleich zu Blei-Säure-Batterien, die wesentlich schwerer sind.

Es ist keine Überraschung, dass Lithium-Ionen-Batterien in letzter Zeit in den Schlagzeilen waren, da sie in Elektrofahrzeugen verwendet werden können, die immer wieder aufgeladen werden müssen. Außerdem sind Elektroautos super sauber, weil sie keine Abgase ausstoßen, aber der Abbau der Materialien, aus denen die Lithium-Ionen-Batterie besteht, kann für die Umwelt teuer sein. Darüber hinaus machen sich viele Menschen Sorgen über die Arbeitsbedingungen in den Minen, in denen sie arbeiten. Deshalb hat das Recycling von Lithium-Ionen-Batterien für viele Autohersteller, die E-Fahrzeuge produzieren, eine hohe Priorität.

Was ist ein Lithium-Ionen-Akku?

Eine Lithium-Ionen-Batterie besteht aus Zellen, die eine positive Kathode und eine negative Anode haben. Zwischen diesen beiden Schichten befindet sich ein Elektrolyt, und die Batterie kann durch chemische Reaktionen, bei denen Elektronen freigesetzt werden, elektrische Energie an alles abgeben, was mit ihr verbunden ist.

Die Anzahl der Zellen bestimmt die Kapazität der Batterie, die in kWh gemessen wird. Da Lithium so bereit ist, ein Elektron abzugeben, ist es eine der wichtigsten Komponenten einer Lithium-Ionen-Batterie.

Die Lithium-Ionen-Batterie kann dank der chemischen Reaktionen, die in der Anode und der Kathode ablaufen, zahlreiche Male geladen und entladen werden. Dies ist darauf zurückzuführen, dass bestimmte chemische Reaktionen mehrmals umgekehrt werden können.

Lithium-Ionen-Batterien gibt es in verschiedenen Formen und Größen, und sie werden in einer Vielzahl von Anwendungen eingesetzt, von der Unterhaltungselektronik bis zu Elektrofahrzeugen (EVs). 

Natürlich ist der Lithium-Ionen-Akku eines Elektrofahrzeugs viel größer als der in Ihrem Telefon, aber er funktioniert nach demselben Prinzip.

Der Hauptvorteil von Lithium-Ionen-Batterien ist ihre hohe Energiedichte. Das bedeutet, dass sie relativ leicht sind. Allerdings müssen die Hersteller bei der Entwicklung und dem Einbau in ihre Geräte vorsichtig sein. 

Die Anode und die Kathode einer Lithium-Ionen-Batterie können miteinander interagieren und chemische Reaktionen hervorrufen, die zu Bränden oder sogar kleineren Explosionen führen können.

Trotz ihrer beeindruckenden Leistung beim Betrieb von Elektrofahrzeugen stehen Lithium-Ionen-Batterien vor einem großen Hindernis, nämlich der aufkommenden Festkörperbatterie. 

Ist die Festkörperbatterie-Technologie reif für den Mainstream-Einsatz in der EV-Produktpalette eines Automobilherstellers? Finden wir es heraus!

Wie funktioniert ein Lithium-Ionen-Akku?

Die grundlegende Lithium-Ionen-Batterie macht sich die chemische Zusammensetzung ihrer Materialien zunutze. Diese Batterien enthalten Lithium, ein Metall, das gerne ein Elektron abgibt, wodurch Lithium-Ionen entstehen, von denen die Batterie ihren Namen hat.

Diese Batterien bestehen aus einer Kathode, d. h. einer positiven Elektrode, die ein Metalloxid enthält (Kobalt ist eine beliebte Wahl). 

Diese Batterien haben auch eine negative Elektrode, die Anode, die oft aus Graphit besteht und zwischen der sich das Lithium einlagern kann.

Zwischen der Kathode und der Anode befindet sich ein flüssiger Elektrolyt, der die Lithium-Ionen-Migration von der Anode zur Kathode verstärkt.

Ein flüssiger Elektrolyt hilft, die Lithium-Ionen von der Kathode zur Anode in der Batterie zu transportieren. Die Anode und die Kathode müssen voneinander getrennt bleiben, damit die Batterie sicher bleibt. 

Wenn sie miteinander in Berührung kommen, kann dies zu einer katastrophalen Situation führen. Bei der Verwendung einer Lithium-Ionen-Batterie verliert das Lithium in der Anode, die den Graphit enthält, ein Elektron, wodurch Lithiumionen entstehen. 

Die Lithium-Ionen bewegen sich dann durch einen Elektrolyten und einen Separator. Während sich die Lithium-Ionen durch den Elektrolyten bewegen, nehmen die Elektronen einen anderen Weg, um das elektronische Gerät zu betreiben.

Die Elektronen durchqueren das Gerät und gelangen zur Kathode. Wenn die Batterie wieder aufgeladen werden muss, wird der Prozess im Grunde umgekehrt.

Vorteile der Li-Ion-Batterie

Im Vergleich zu anderen Batterietechnologien bieten Lithium-Ionen-Batterien eine Reihe von Vorteilen, darunter;

1. Hohe spezifische Energie und Energiedichte

(Energiedichte = 250-650 Wh/L), (spezifische Energie = 100-250 Wh/kg), sowie leichtere und kleinere Batterien.

2. Höhere Nennspannung zwischen 3,6-3,85 V

3. Kein Memory-Effekt, d.h. die Batterie muss vor dem Aufladen nicht vollständig entladen werden, was bei anderen Batterien, wie z.B. NiMH-Batterien, nicht der Fall ist, die einen Memory-Effekt haben, der zu Problemen beim Laden und Entladen führen kann.

4. Geringere Selbstentladung (nur etwa 5 % Ladeverlust pro Monat im Vergleich zu 20 % bei NiMH-Akkus).

5. Lithium-Ionen-Batterien sind auch für ihre lange Lebensdauer bekannt, die die anderer Batterietechnologien übertrifft.

Nachteile der Li-Ion-Batterie

Ein Lithium-Ionen-Akkupack muss mit äußerster Sorgfalt behandelt werden. Schauen wir uns einige der Nachteile von Lithium-Ionen-Batterien an.

1. Temperaturempfindlich

Sie sind besonders empfindlich gegenüber hohen Temperaturen. Hitze führt dazu, dass sich Lithium-Ionen-Akkus schneller abbauen, als es sonst der Fall wäre.

Das Wärmemanagement ist in einem Elektroauto, das Lithium-Ionen-Batterien verwendet, wegen ihrer hohen Temperaturempfindlichkeit von entscheidender Bedeutung.

2. BMS ist erforderlich.

Zur Verwaltung der Li-Ionen-Batterie ist ein Batteriemanagementsystem erforderlich. Das erhöht ihren Preis.

3. Potenzial für thermisches Durchgehen

Thermisches Durchgehen ist bei Li-Ionen-Batterien unwahrscheinlich. Ein Kurzschluss in einer Zelle erzeugt größere Hitze und beschädigt benachbarte Zellen.

Die häufigste Ursache für einen Brand in einem Elektroauto ist ein thermischer Durchschlag. Er tritt mitunter langsam auf.

Schlussfolgerung

Lithium-Ionen-Batterien werden derzeit in vielen Elektrogeräten verwendet. Im Vergleich zu anderen Batterietechnologien sind sie leichter und kleiner.