Lithium-Ionen -Akku

Was ist die Zellspannung eines Li-Akkus?

3,7 Volt

Aufbau

Was ist das Material für den Minuspol? Wie lassen sich Li-Ionen einlagern?

Minuspol aus Graphit

Die Kohlenstoff-Atome bilden ein Schichtgitter, in das sich die sehr kleinen Lithium-Kationen elektrochemisch einlagern lassen. → Bildung einer Lithium-Graphit-Einlagerungsverbindung (LiC6 im geladenen Zustand)

Aufbau

Was ist das Material für den Pluspol?

Lithium-Metalloxide auf Basis der Nebengruppenelemente Cobalt, Nickel oder Mangan.

Können ebenfalls Lithium-Ionen einlagern.

Zusammensetzung der Cobalt-Verbindung im entladenen Zustand: LiCoO2 (Cobalt in der Oxidationsstufe III)

Aufbau

Welches Elektrolyt wird verwendet?

Wasserfreie Lösung von

Lithiumsalzen in

polaren organischen Lösemitteln.

Ladevorgang

Was wird beim Ladevorgang oxidiert?

Am Pluspol wird etwa die Hälfte der Cobalt(III)-Ionen zu Cobalt(IV)-Ionen oxidiert. → Elektronen werden freigesetzt

Was passiert mit den Elektronen?

Die freien Elektronen fließen über den äußeren Leiter zum Minuspol. Dort laden sie die Graphit-Schichten negativ auf.

Was passiert am Minuspol? (Laden)

Am Minuspol werden zum Ladungsausgleich Lithium-Ionen aus dem Elektrolyt eingelagert.

! Am Pluspol gehen (während des Ladens) genau so viele Li+ in den Elektrolyten über, wie am Minuspol eingelagert werden.

Reaktionsgleichungen beim Ladevorgang

Pluspol: 2 LiCoO2 → Li(+) + LiCo2O4 + e(-)

Minuspol: C6 + Li(+) + e(-) → LiC6

! Oxidationszahlen

Entladevorgang

Was passiert mit den Elektronen? Was passiert am Pluspol?

Die Elektronen fließen über den Verbraucher zum Pluspol. Cobalt(IV)-Ionen werden zu Cobalt (III)-Ionen reduziert.

Was geschieht zum Ladungsausgleich? (Entladen)

Am Pluspol werden Lithium-Ionen aus dem Elektrolyten eingebaut.

Am Minuspol werden Lithium-Ionen ausgelagert → die ungeladene Graphit-Struktur bleibt zurück.

Reaktionsgleichungen beim Entladevorgang

Pluspol: Li(+) + LiCo2O4 + e(-) -> 2 LiCoO2

Minuspol: LiC6 -> C6 + Li(+) + e(-)

! Oxidationszahlen

Wie sind Lithiumionen an diesen Vorgängen beteiligt.

Li+ sind nur indirekt beteiligt. Sie ermöglichen den Ladungsausgleich durch Einbau in die Graphit-Struktur oder die Cobalt-Verbindung.