Lithium-Ionen-Batterie LiB
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Wir haben uns entschieden über diese sehr wichtige Thema zu schreiben. Wir wollen hier nicht zu sehr ins Detail gehen aber versuchen es verständlich und umfangreich zu erklären.
Das Wichtigste zuerst: Der Erfolg bestimmter Verbraucherprodukte wie Laptops, Mobiltelefone und Haushaltsroboter wäre ohne Lithium-Ionen-Batterien, kurz LIB, Li-Ion oder „Lithium-Ionen“-Batterien, undenkbar. Ihre Wachstumsrate auf dem globalen Batteriemarkt war im Laufe der Jahre hoch. Gleichzeitig steigt mit der steigenden Nachfrage auch die Nachfrage nach den in diesen Batterien verwendeten Rohstoffen. Dazu gehören Kobalt, Nickel, Lithium und Graphit.
AUFBAU DER LITHIUM-IONEN-BATTERIE (LIB)
Keine Batterie ist so vielfältig wie Lithium-Ionen. Je nachdem, welche Materialien als Anode und Kathode kombiniert werden, entsteht eine Batterie, die für unterschiedliche Anwendungen mehr oder weniger geeignet ist. Daher ist bei Lithium-Ionen-Batterien eine genaue Klassifizierung sehr wichtig.
So haben wir zum Beispiel:
- Lithium-Nickel-Mangan-Kobalt-Batterie (NMC811 oder NMC): Bietet einen guten Kompromiss zwischen Leistung, hoher Energiedichte und Kosten.
- Graphitanodenbatterie (Graphit): ist das am häufigsten verwendete Material in Li-Ionen-Batterien. Graphit dehnt sich beim Laden kaum aus.
- Lithium-Eisenphosphat-Akku (LFP): Bessere thermische und chemische Stabilität als andere Li-Ionen-Akkus.
- Lithiumtitanat (LTO): Bietet höhere Entladeraten und Leistung als Graphit und bei unterschiedlichen Betriebstemperaturen.
ELEKTROLYTE IN LITHIUM-IONEN-BATTERIEN (LIB)
Es gibt auch Bestrebungen, Festelektrolyte zu entwickeln. Theoretisch haben diese einige Vorteile. Es besteht die Hoffnung, dass Batterien, die diesen Elektrolyten verwenden, bei einem Unfall oder unsachgemäßer Handhabung nicht in Brand geraten, da sie nicht brennbare Lösungsmittel enthalten und dazu beitragen, dass Lithium-Ionen-Batterien eine längere Lebensdauer haben und weniger temperaturempfindlich sind. Die Sicherheit wird erhöht, da die Batterie nicht ausläuft.
WAS SIND DIE EIGENSCHAFTEN DER LITHIUM-IONEN-BATTERIEN (LIB)?
Die unten aufgeführten Vor- und Nachteile von LIBs sind im Allgemeinen mit diesem Batterietyp verbunden. Je nachdem, wie man die vielen verschiedenen Materialien kombiniert, die zum Bau von LIBs verwendet werden können, treten einige Vor- und Nachteile weniger oder deutlicher hervor.
WAS SIND DIE VORTEILE?
Sehr hohe Energiedichte (etwa viermal so hoch wie bei Blei-Säure-Batterien)
Der Akku kann nahezu vollständig entladen werden, ohne dass die Lebensdauer, die Langlebigkeit oder die hohe Stromabgabe beeinträchtigt werden.
GIBT ES NACHTEILE?
Empfindlichkeit gegenüber Tiefentladung, Überladung und zu hohen Temperaturen. In der Praxis ist dies allerdings selten ein relevantes Problem, da viele LIBs bereits eine Steuerelektronik in den Konsumendgeräten, in denen sie verwendet werden, integriert haben, die alle äusseren negativen Einflüsse abschirmt. Nutzt man allerdings LIBs ohne entsprechende Elektronik, sollte man unbedingt darauf achten, diese nur mit speziellen, für genau diesen LIB-Typ vorgesehenen Ladegeräten zu laden.
Relativ hohe Empfindlichkeit gegen hohe oder niedrige Temperaturen: Die ideale Betriebstemperatur liegt zwischen etwa 10 und 40 °C. Gerade bei tiefen Temperaturen unter dem Gefrierpunkt lässt die Leistung der LIB stark nach. Es gibt allerdings auch LIBs, die speziell für niedrige Temperaturen bis -40 °C konzipiert sind, allerdings nur mit eingeschränkten Entladeströmen.
WAS SIND DIE ANWENDUNG DER LITHIUM-IONEN-BATTERIEN (LIB)?
Aufgrund ihrer hohen Energiedichte sind LIBs ideal für mobile und portable Anwendungen. Nahezu keine andere Technologie wird mehr in Handys, Drohnen, Laptops, Tablets und Haushaltsroboter verwendet. Die Marktanteile von Elektrowerkzeugen und Elektrofahrrädern wachsen kontinuierlich. Kaum andere Batterietypen werden in Elektro-Autos verwendet. LIBs werden immer beliebter als stationäre Speicher. Dies gilt insbesondere für die Verwendung als Zwischenspeicher für den Strom, der aus Photovoltaikanlagen (PV) erzeugt wird.
ÖKOLOGISCHE ASPEKTE DER LITHIUM-IONEN-BATTERIEN (LIB)Die Gewinnung von Rohstoffen aus Bergwerken kostet viel Geld und verursacht sowohl soziale als auch ökologische Probleme. Die Konzentration dieser Elemente auf einer bestimmten geografischen Position birgt ebenfalls Gefahren. Beispielsweise wird mehr als die Hälfte des gesamten Kobalts in der Demokratischen Republik Kongo abgebaut und fast die Hälfte des gesamten Kobalts in China raffiniert, was einen starken Wettbewerb auf dem Kobaltmarkt darstellt.
Australien dominiert auch die Lithiumproduktion, und das „Lithiumdreieck“, ein Gebiet im Dreiländereck Argentiniens, Boliviens und Chiles, hält etwa 50 % der weltweiten Lithiumressourcen. Russland liefert 20% des batteriegeeigneten Nickels mit eine reinheit von mindestens 99,8%. Wenn die Versorgung mit diesen Rohstoffen aus geopolitischen Gründen wie Krieg unterbrochen wird, kann dies zu Engpässen oder schnellen Preissteigerungen führen.
RÜCKGEWINNUNG DER LITHIUM-IONEN-BATTERIEN (LIB)Die Rückgewinnung wertvoller Rohstoffe aus Altbatterien kann als zusätzliche Quelle für diese Rohstoffe betrachtet werden, die als „Sekundärbergbau“ angesehen wird. Darüber hinaus trägt die Verwendung von Recyclingmaterialien dazu bei, die Umwelt durch den Abbau von Rohstoffen zu entlasten. Es kann auch geopolitische Probleme bei der Beschaffung von Rohstoffen aus dem Bergbau reduzieren. Tatsächlich kann das Recy-cling von Batterien im Inland zur Rückgewinnung von kritischen Mineralien bei einem knappen Angebot die Abhängigkeit von ausländischen Primärrohstoffen verringern.
Refurbished-Batterien für Haushaltsgeräte bieten enorme Möglichkeiten, den Wert der Batterie-Recycling-Lieferkette zu steigern. Sobald die Batteriekapazität auf 70–80 % sinkt, werden die meisten Geräte komplett ausgetauscht, obwohl diese noch gut sind. Der Akku kann problemlos weiter genutzt werden, da die Anwendung in solchen Haushaltsgeräten nicht so intensiv ist wie zum Beispiel in Elektrofahrzeugen.