Zuletzt aktualisiert:
Kroatien

Lithiumbatterien

In diesem Artikel geht es noch nicht um den zukünftigen Antrieb von Wohnmobilen, aber bereits heute kann man von den modernen Akkus profitieren. Hier gibt es ein wenig Theorie, in weiteren Artikeln geht es um die Aufbaubatterie sowie den Ersatz von Akkus in Zubehör.

Die Theorie

Eine Batteriezelle hat eine Anode (Minus) und eine Kathode (Plus). Lithium ist ein wirklich sehr leichtes Leichtmetall, eine Art Mittelding aus Aluminium und Knetmasse. Nimmt man Lithium als Anode und ein Lithium-Ionen-Aufschlürfmaterial wie Mangandioxid als Kathode, und dazwischen eine ionische Flüssigkeit (eine Art flüssiges Salz), dann ist die Lithiumbatterie schon fertig. Das Lithium kann durch das Salz wandern und mit dem Kathodenmaterial reagieren, aber nur als Ion - die Elektronen müssen aussenrum. Das gibt den Strom. 

Wenn die Batterie wiederaufladbar sein soll, wird es ein wenig komplizierter. In diesem Fall benötigt man auch für die Anode ein Aufschlürfmaterial für das metallische Lithium, damit sich die räumliche Struktur der Zelle über den Lade/Entladevorgang nicht ändert. Die Wahl dieses Materials (z.B. Graphit, Eisenphosphat, Cobaltoxid) hat entscheidenden Einfluss auf die elektrischen Eigenschaften der Zelle wie Spannung und Energiedichte.

LiFePO4

Eine sehr interessante Ausprägung von wiederaufladbaren Lithiumbatterien sind diejenigen mit Lithium-Eisenphosphat (LiFePO4) als Anodenmaterial. Sie sind zwar rund doppelt so gross und schwer wie die aus mobilen Telefonen und Computern bekannten Lithium-Ionen-Akkus bei gleicher Kapazität, dafür aber inhärent sicher. Da sich auch bei Defekten kein reines Lithium abscheiden kann, können sie zwar überhitzen und kaputtgehen, aber nicht platzen oder aufbrennen. Weil sie auch keinen flüssigen Elektrolyten enthalten und nicht gasen, sind sie sicherer zu handhaben als Bleiakkus. Gegenüber diesen sind sie auch erheblich kompakter, leichter und umweltfreundlicher. Noch interessanter sind die elektrischen Eigenschaften: durch die Zellspannung von 3,2V lassen sich herkömmliche Bleiakkus einfach ersetzen - 6V-Akkus durch 2 Zellen, 12V-Akkus durch 4. Sie sind robust gegen leichte Überspannung, daher können übliche Ladegeräte weiterverwendet werden, wenn sie keine hohen Spannungen zur Desulfatierung einsetzen. Sie liefern sehr hohe Ströme, und die Kapazität ist voll nutzbar. Während ein Bleiakku immer voll aufgeladen sein sollte, können die Lithiumbatterien in beliebigem Ladezustand lange gelagert werden. Einen weiterer Unterschied  ist, dass eine voll geladene Zelle den Strom nicht mehr leitet. Dies führt zu einem guten Wirkungsgrad, aber auch zu Zelldrift bei einfacher Reihenschaltung, da die erste vollgeladene Zelle den Stromfluss unterbricht und somit die Ladung aller Zellen beendet. Dies verhindert man entweder durch Laden einzelner Zellen oder durch Balancer, die parallel zu jeder Zelle geschaltet sind und ab Erreichen der Ladeschlussspannung der Zelle den Stromfluss an der Zelle vorbei ermöglichen. 

Nachteile gibt es natürlich auch, sonst wären Bleiakkus schon verschwunden. Zuerst natürlich der hohe Preis, der ein mehrfaches bei gleicher Kapazität beträgt. Dann ist die Technik recht neu, daher fehlen Langzeiterfahrungen. Es spricht einiges für eine längere Haltbarkeit, die den höheren Preis wieder wettmachen kann. Schliesslich sinkt die Leistung bei tiefer Temperatur, bei starkem Frost (ca. -10 °C) leistet sie überhaupt nichts mehr. Der Vorgang ist reversibel, die Batterie nimmt also keinen Schaden. Allerdings ist die Nutzung als Starterbatterie für ganzjährig genutzte Fahrzeuge daher nicht optimal. Reicht die Leistung bei tiefen Temperaturen nicht aus, um das Fahrzeug zu starten, ist es ausreichend, die Batterie zu erwärmen, z.B. durch Betrieb, indem man das Licht anmacht.