Werden Lithium-Ion Akkus sich im neuen Millennium behaupten? 

Isidor Buchmann
Cadex Electronics Inc.
Isidor.buchmann@cadex.com
www.buchmann.ca

Edited May 2001

Nickel Cadmium (NiCd) war über viele Jahre hinweg der einzig verfügbare Akku für portable Geräte wie z.B. Handys, Laptops und Video Kameras. Um 1990 erschienen die Nickel Metallhydrid- (NiMH) und Lithium Ion-Akkus (Li-Ion), welche über ein wesentlich höheres Leistungsangebot verfügen. Beide Chemietypen kämpften gleichermaßen um Marktanteile mit den selben Argumenten, wie bessere Leistung und geringeren Abmessungen..

Wer wird als endgültiger Gewinner in diesem Millennium hervorgehen? Als Favorit hebt sich der Li-Ion Akku hervor. Er eignet sich besonders für leichte, kleine portable Geräte.

Die Li-Ion Zelle bedarf nur einer einfachen Wartung, welches ein grosser Vorteil gegenüber anderen Chemietypen ist. Der unerwünschte Memory-Effekt tritt nicht mehr ein und die vorgeschriebene zyklische Aufbereitung entfällt. Ergänzend zur hohen Kapazität ist die Selbstentladung des Li-Ion nur halb so gross im Vergleich zu NiCd und NiMH.

Ein Nachteil des Li-Ion Akkus ist erforderliche Schutzschaltkreis. Die Belastungsfähigkeit ist mittelmäßig und das Aufladen muß nach festgelegten Standards durchgeführt werden. Hinzu kommt, dass Li-Ion dem Alterungsprozess unterliegt, egal ob er benutzt wird oder nicht.

Rückblick

Die Pionierarbeit bei der Lithiumbatterie begann im Jahre 1912 durch G. N. Lewis. Jedoch dauerte es noch bis Anfang 1970, bis die ersten - nicht aufladbaren - Lithiumbatterien im Handel verfügbar waren. Anstrengungen zur Entwicklung wiederaufladbarer Batterien oder Akkus folgten in den Jahren nach 1980. Dies blieb allerdings aufgrund der Sicherheitsprobleme mit der latenten Explosionsgefahr erfolglos.

Lithium, das leichteste aller Metalle, hat das höchste elektrochemische Potential, und liefert somit die meiste Energie. Akkus, die das Lithiummetall als negative Elektrode (Anode) nutzen, sind in der Lage, eine hohe Spannung und eine grosse Kapazität zu liefern, was eine außergewöhnlich hohe Energiedichte ergibt..

Nach ausgiebigen Forschungsarbeiten mit Lithium-Akkus in den achtziger Jahren hat man herausgefunden, daß sich die Lithiumelektroden nach dem Zyklieren verändern, wodurch sich die Thermalstabilität verringert. Dadurch ist ein unkontrollierter Wärmeaufbau möglich. Geschieht dies, dann erreichen die Zelltemperaturen schnell den Schmelzpunkt des Lithiums, was zu einer heftigen Reaktion führt. Eine große Menge Lithium-Akkus, die nach Japan exportiert wurden, mußten im Jahre 1991 wieder eingezogen werden, nachdem einer dieser Akkus in einem Handy plötzlich heiße Gase abgab, und einem Anwender eine leichte Verbrennung zuführte.

Aufgrund der, dem Lithiummetall innewohnenden Instabilität, besonders beim Laden, verschob sich der Schwerpunkt in der Forschung zu nicht-metallischen Lithium-Akkus unter Verwendung von Lithium-Ionen. Obgleich die Energiedichte geringfügiger ist als beim Lithiummetall, ist die Li-Ion sicherer, vorausgesetzt dass bestimmte Vorsichtsmaßnahmen beim Aufladen und Entladen getroffen werden. Im Jahre 1991 brachte Sony die ersten Li-Ion-Akku in den Handel. Andere Hersteller folgten bald darauf. Heute ist der Li-Ion Akku ist der Typ mit der gössten Zuwachsrate