Energy Materials - Ionenbatterien

Projekt 24b
PIW - Team Ionenbatterien
TU Berlin WS 2009/10
Energy Materials - Ionenbatterien
Li+, Ni/MH, Zn/C Batterien
Leitung und Betreuung: O. Görke, C. Kallfaß
Verantwortlich: Fakultät III - FG Keramische Werkstoffe, Prof. Schubert
Autoren: R. Zehl, M. Köhler, J. Lang, K. Maas, D. Seidl, J. Reuter, H. Herrmann, U. Tradowsky, C. Ernst, B. Krämer, D. Tran-Thanh, J. Wolf, M. Burger, I. Fothio Kaffa
Einleitung
Das Interesse an wiederaufladbaren Batterien
hat in den vergangenen Jahren stark
zugenommen: Mobile Kommunikation und
Laptops stellen einen rasant wachsenden Markt
für immer leistungsfähigere und zugleich kleinere
Batterien dar.
Die Entwicklung der Nickel-Metallhydrid- und vor
allem der Lithium-Ionen-Batterie führte zu einer
deutlichen Steigerung der Energiedichten
gegenüber der Blei-Schwefelsäure- und der
Zink-Kohle-Batterie. Trotz der ständigen
Weiterentwicklung
blieb die grundsätzliche
Funktionsweise, die Speicherung von Energie in
chemischer Form, erhalten.
Entwicklung des Energiegehalts von Energiespeichern
Schematischer Aufbau einer Batterie
e-
e-
Die heutige Batterie-Forschung befasst sich mit
der weiteren Optimierung von Effizienz (z.B. für
das Elektroauto), Betriebssicherheit und
Umweltverträglichkeit. Das Potential dieser
Technologie ist bei weitem noch nicht
ausgeschöpft.
Energiegehalt [Wh/kg]
Erdöl
K
a
t
h
o
d
e
Laden
+
A
n
o
d
e
Lithium-Ionen Batterie
Nickel-Metallhydrid
+
Entladen
+
Li
Ni/MH
Zn/C
Zink-Kohle Batterie
Separator
Elektrolyt
Kathodenmaterial Anodenmaterial
LiCoO2, LiMn2O2
Graphit
NiO(OH)(s)
Metallhydride
Elektrolyt
Li-Salze
KOH(aq)
Graphit, MnO2
NH4Cl(aq)
Zn
Blei-Schwefelsäure Akku
Zeit [a]
13000
Zn/C Zink-Kohle Batterie
NiMH Nickel-Metallhydrid Batterie
+
Li
Lithium-Ionen Batterie
100-150
30-80
[Wh/kg]
Batterieeigenschaften im Vergleich
Herstellungskosten
Preis /
1
Leistung
Markttrend
Lebensdauer2
Zn/C*
Ni/MH
Li-Ion
*Primärbatterie - nicht uneingeschränkt mit den Sekundärbatterien (Akkus) NiMH und LiFePO4 vergleichbar 1,2,3
Referenzen und Quellen: Beck, F (1982): Chem.-Ing.-Tech., 54(9), 809-817.
Ruetschi, P. (1993): J. Power Source, 42, 1-7.
Wittingham, M. S. (2004): Chem. Rev., 104, 4271-4301.
Yoshio, M. et al. (2009): Lithium-Ion Batteries, Springer.
Ökologie3
Recycling
Effizienz