Ob für technische Geräte oder Elektroautos: Akkus spielen im Alltag eine immer größere Rolle. Doch wie funktionieren eigentlich Lithium-Ionen-Batterien?
In unserem Alltag spielen Batterien eine entscheidende Rolle. Bei Smartphones, Wearables und anderen technischen Geräten kommen dabei fast immer Lithium-Ionen-Akkus zum Einsatz. Denn diese haben im Vergleich zu anderen Batterien eine relativ leichte Bauweise, hohe Energiedichte und starke Haltbarkeit. Doch wie funktionieren solche Batterien überhaupt?
Eine Lithium-Ionen-Batterie besteht aus mehreren Schlüsselkomponenten. Darunter fallen die Anode und Kathode, die das Lithium der Batterie vorhalten. Der Elektrolyt transportiert positiv geladene Lithiumionen zwischen Anode und Kathode durch den sogenannten Separator. Abschließend sammelt der Stromsammler die freigewordenen Elektronen ein und erzeugt einen elektrischen Strom.
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Wie funktionieren Lithium-Ionen-Batterien?
Der Prozess der Ionenbewegung von der Anode zur Kathode und zurück erzeugt freie Elektronen, die als elektrischer Strom durch das Gerät fließen. Der Separator spielt dabei eine entscheidende Rolle, da er den direkten Elektronenfluss innerhalb der Batterie verhindert. Beim Entladen setzt die Anode Lithiumionen frei. Diese wandern zur Kathode und treiben den Elektronenfluss an, der das Gerät mit Strom versorgt.
Im Gegensatz dazu kehrt sich der Prozess beim Aufladen um. Dann bewegen sich die Lithiumionen von der Kathode zurück zur Anode. Neben der eigentlichen Energieerzeugung spielen zwei Kennzahlen eine Rolle. Die Energie- und die Leistungsdichte.
Während die Energiedichte die Menge an Energie, die eine Batterie im Verhältnis zu ihrer Masse speichern kann, in Wattstunden pro Kilogramm angibt, misst die Leistungsdichte wie schnell eine Batterie Energie im Verhältnis zu ihrer Masse abgeben kann (in Watt pro Kilogramm).
Je nach Einsatzgebiet zählen unterschiedliche Kennzahlen
Zur besseren Veranschaulichung nehmen wir das Beispiel eines Schwimmbeckens. Die Energiedichte ist vergleichbar mit der Größe des Beckens, während die Leistungsdichte bestimmt, wie schnell das Wasser abgelassen werden kann. Je nach Einsatzzweck sind die Werte unterschiedlich wichtig.
Ein Elektroauto muss etwa deutlich mehr Energie in kurzer Zeit bereitstellen und benötigt eine größere Leistungsdichte. Beim Smartphone hingegen zählt eher die Akkulaufzeit und damit eine hohe Energiedichte.
Es hat also einen Grund, weshalb sich Lithium-Ionen-Batterien zu einem Eckpfeiler der modernen Elektronik und Elektromobilität entwickelt haben. Sie bieten nicht nur die nötige Energie für eine breite Palette von Geräten, sondern sind auch ein wesentlicher Bestandteil in der Evolution nachhaltiger Technologien.
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