Elektroauto: Wie funktioniert die Lithium-Ionen-Batterie?

Verfasst von am 18.10.2019 - 3 min

Die Lithium-Ionen-Batterie hat sich als maßgebliche Technologie in der Elektromobilität durchgesetzt. Wie funktioniert diese Technologie und was macht sie aus?

Die 1991 auf den Markt gebrachte Lithium-Ionen-Batterie war zunächst für die Unterhaltungselektronik bestimmt. Sehr schnell fand sie neue Märkte und wurde schließlich zum Standard für alle Geräte, die eine wiederaufladbare, tragbare Batterie benötigen. Sie folgt auf die Nickel-Cadmium- (NiCd) und die Nickel-Metallhydrid- (Ni-MH)-Technologie.

Funktionsweise einer Lithium-Ionen-Batterie

Das Prinzip der Lithium-Batterie besteht darin, Elektronen durch die Schaffung einer Potentialdifferenz zwischen einer negativen und einer positiven Elektrode zirkulieren zu lassen, wobei diese in eine ionenleitende Flüssigkeit, genannt Elektrolyt, getaucht wird. Versorgt die Batterie ein Gerät mit Strom, werden die in der negativen Elektrode angesammelten Elektronen über einen externen Stromkreis freigesetzt, bis sie die positive Elektrode erreichen – dies ist die Entladungsphase. Umgekehrt bewirkt die vom Ladegerät übertragene Energie beim Laden der Batterie, dass die Elektronen von der positiven zur negativen Elektrode zurückkehren.

Die verschiedenen Batterietypen unterscheiden sich durch die Art der Ionen, die Elektrodenmaterialien und den zugehörigen Elektrolyten. Die 12-Volt-Bleibatterie, die traditionell für die Versorgung des Anlassers eines Verbrennungsfahrzeugs verwendet wird, basiert beispielsweise auf einem Elektrolyten, der Bleiionen und Elektroden auf Bleibasis enthält. In der Lithium-Ionen-Batterie werden, wie der Name schon sagt, Lithium-Ionen (Li+) verwendet.

Eine Lithium-Ionen-Batterie, wie man sie in einem ZOE verwendet, ist eine Baugruppe bestehend aus einzelnen Batterieeinheiten (Zellen), die miteinander verbunden sind und über einen speziellen Stromkreis überwacht werden. Die Anzahl der Zellen, ihre jeweilige Größe und die Art und Weise, wie sie angeordnet sind, bestimmen sowohl die von der Batterie gelieferte Spannung als auch ihre Kapazität, also die Menge an Strom, die sie speichern kann. Sie wird in der Regel in Wattstunden (Wh), in der Automobilwelt auch in Kilowattstunden (kWh) ausgedrückt.

Eigenschaften einer Lithium-Ionen-Batterie

batterie Z.E 50

Lithium-Ionen-Batterien werden sowohl in der Unterhaltungselektronik (Smartphones, Laptops) als auch in Elektroautos verwendet. Der Hauptgrund für diese breite Anwendung ist die durch die Lithium-Ionen-Technologie ermöglichte Speicherdichte.

Diese Dichte ist das Verhältnis zwischen der von der Batterie angebotenen Speicherkapazität und ihrer Größe oder ihrem Gewicht. Zum Vergleich: Die Dichte einer Lithium-Ionen-Batterie beträgt 300 bis 500Wh/kg und ist damit etwa zehnmal so hoch, wie die einer Bleibatterie.

Bis tragfähige innovative Lösungen beispielsweise für den Einsatz einer Feststoffbatterie gefunden wurden, bietet die Lithium-Ionen-Technologie in der Elektromobilität den besten Kompromiss zwischen Kapazität, Volumen und Masse. Sie gewährleistet eine hohe Leistung, einfaches Aufladen, eine gute Haltbarkeit, und kann in ihrem Lebenszyklus nach den Prinzipien der Kreislaufwirtschaft mehrfach verwendet werden.

 

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