Lithium-Ionen-Akku

Beim Lithium-Ionen-Akku bestehen die Elektroden aus Graphit und einem Übergangsmetalloxid. Der Elektrolyt ist eine wasserfreie Lithium-Ionenhaltige Flüssigkeit.


Aufbau

Eine Elektrode des Akkus besteht aus Graphit. Graphit ist aus mehreren Schichten aufgebaut. In die Lücken der Schichten können Lithium-Kationen eingelagert werden.

Die andere Elektrode besteht aus einem Oxid von einem Übergangsmetall. Das ist z. B. Cobaltoxid \text{(LiCoO}_{2})(LiCoO2)\text{(LiCoO}_{2}). Auch in das Gitter des Oxids können Lithium-Kationen eingelagert werden.

Lithium reagiert sehr heftig mit Wasser. Deshalb muss der Elektrolyt wasserfrei sein.

Der Separator lässt nur Lithium-Kationen durch und verhindert so einen Kurzschluss.

Abläufe

In der Animation siehst du, wie Elektronen und Lithium-Kationen wandern.

Die Lithium-Kationen wandern dabei nur zum Ladungsausgleich. Sie werden nicht oxidiert oder reduziert.

Entladen

Beim Entladen fließen die Elektronen vom Minuspol zum Pluspol. Dabei wird Graphit oxidiert und Cobalt reduziert. Gleichzeitig wandern die Lithium-Kationen durch den Separator zum Cobaltoxid. So kommt es zum Ladungsausgleich.

Die Reaktionsgleichungen sehen so aus:

Minuspol, Anode (Oxidation):

\overset{ \text{~~~~~{-I}}}\text{LiC}_{6} \xrightarrow{} \overset{ \text{{0}}}\text{C}_{6} + \text{Li}^+ + \text{e}^-\overset{ \text{~~~~~{-I}}}\text{LiC}_{6} \xrightarrow{} \overset{ \text{{0}}}\text{C}_{6} + \text{Li}^+ + \text{e}^-

Pluspol, Kathode (Reduktion):

\text{Li}^+ + \overset{\text{{+IV}}} \text{Co}\text{O}_{2} + \text{e}^- \xrightarrow{} \text{Li}\overset{\text{{+III}}}\text{Co}\text{O}_{2}\text{Li}^+ + \overset{\text{{+IV}}} \text{Co}\text{O}_{2} + \text{e}^- \xrightarrow{} \text{Li}\overset{\text{{+III}}}\text{Co}\text{O}_{2}

Laden

Beim Laden wird eine äußere Spannung angelegt. Dadurch werden die Reaktionen umgekehrt.

Das heißt, dass Elektronen zum Minuspol wandern, Cobalt oxidiert und Graphit reduziert wird. Lithium-Kationen verlassen zum Ladungsausgleich das Cobaltoxid-Gitter und lagern sich in den Lücken des Graphit-Gitters ein.

Die Reaktionsgleichungen sehen so aus:

Pluspol, Anode (Oxidation):

\text{Li}\overset{\text{{+III}}}\text{Co}\text{O}_{2} \xrightarrow{} \text{Li}^+ + \overset{\text{{+IV}}} \text{Co}\text{O}_{2} + \text{e}^-\text{Li}\overset{\text{{+III}}}\text{Co}\text{O}_{2} \xrightarrow{} \text{Li}^+ + \overset{\text{{+IV}}} \text{Co}\text{O}_{2} + \text{e}^-

Minuspol, Kathode (Reduktion):

\overset{ \text{{0}}}\text{C}_{6} + \text{Li}^+ + \text{e}^- \xrightarrow{} \overset{ \text{~~~~~{-I}}}\text{LiC}_{6}\overset{ \text{{0}}}\text{C}_{6} + \text{Li}^+ + \text{e}^- \xrightarrow{} \overset{ \text{~~~~~{-I}}}\text{LiC}_{6}

Spannung

Der Lithium-Ionen-Akku hat im Vergleich zu anderen Akkus eine sehr hohe Energiedichte und Spannung. Die Spannung des Akkus liegt ungefähr bei 3,6 V.


Verwendung

Lithium-Ionen-Akkus sind leicht und haben eine hohe Spannung. Deshalb findest du sie in fast allen Bereichen. Zum Beispiel in:

  • Smartphones
  • Tablets
  • Elektroautos
  • Akkuschraubern
  • Flugzeugen
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