| Thema: Akku |
Datum |
Beitrag von _vale_:
Hallo!
Ich habe bald einen Vortrag über Lithium-Ionen-Akkus und ich komm da nicht so nach.. Im Buch ist es nur so halbbatzig erklärt, und im internet habe ich so komplizierte Redoxreaktionen dazu gefunden (auf folgender Seite: http://de.wikipedia.org/wiki/Lithium-Ionen-Akkumulator). Ausserdem steht in unserem Buch, dass die Nennspannung bei Lithiumionenakkus 4Volt ist, jedoch habe ich keine Ahnung wie man das berechnet. Wir haben eine Redoxrehie, mit den Energiepotentialen, jedoch passen diese redoxreaktionen nirgends hin. Und wenn ich es mit dem Standardpotential von Lithium und Mangan nehmen würde gäbe es folgendes:
-3.05- (-1.18) = -1.87
was jedoch nicht vorteilhaft ist als Spannung.
Ich wäre sehr froh, wenn sie mir helfen könnten. Ich sollte etwas zum Aufbau der galvanischen Zelle sagen, zu den Redoxreaktionen die ablaufen (wobei ja lediglich ein Austausch an Li - Ionen stattfindet!?), zur Spannung, zu Vor - und Nachteilen und zur Anwendung.
Zu den Vorteilen habe ich einiges gefunden, jedoch verstehe ich es nicht ganz:
- hohe Energiedichte (was ist genau darunter zu verstehen?)
- kein Memory-Effekt (ist das überhaupt möglich? Man sagt doch die meisten Akkus haben einen Memory-Effekt. Wieso hat der Lithium-Ionen-Akku keiner?)
- 100 % Coulomb-Effizienz (dazu hiess es, dass man den zur Ladung verwendeten Strom diesem Akku auch entnehmen kann. Aber inwiefern kann Strom bei anderen Akkus "verloren gehen", dass sie dann nicht mehr 100% Coulomb-Effizienz aufweisen?)
Was gäbe es dann noch für andere Vorteile oder Nachteile von Lithium-Ionen-Akkus?
Wäre froh um Hilfe. Wenn möglich die Quellen auch angeben.
Vielen Dank!
Schönen Abend
Valentina |
03.03.10 | 20:54 |
Beitrag von Experte_Gregor:
Hallo Valentina
Auf Wikipedia stehen ein paar nützliche Infos wie zBsp dass Li-Ionen zum Elektronentransport nützen und aus den genannten Gründen besser ist als zBsp Li-Batterien bei welchen metallisches Li gebildet wird (Explosionsgefahr). Die Energiedichte hat mit dem Gewicht (von Li) zu tun. Bei Li hast du pro kg mehr Moleküle und kannst somit mehr Elektronen transportieren => Akku wird leichter.
Coulomb-Effizienz: Manche Batterien behalten einen Reststrom und geben den nicht mehr ab. Die ist bei Li-Ionen-Akkus nicht der Fall.
Berechnungen mit Potentialen würde ich nicht am Bsp LiPo machen, denn es ist komplizierter als zBsp Bleiakku.
über Google findest du auch etwas über druckbare Lithium-Polymer-Akku, welche hauchdünn aufgetragen werden können (Vorteil im Vergleich zu anderen Batterien). Und schau noch vorbei bei: http://www.batteryuniversity.com/partone-5-german.htm
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04.03.10 | 23:40 |
Beitrag von _vale_:
Vielen Dank für die Infos. :)
Zu wikipedia noch: da stehen so komische Redoxreaktionen.. Wie sind diese zu verstehen? mit den tiefgetellten x oder x-1 oder dem n vor dem C.. usw.?
Wie würde die Spannungsrechnung in diesem Fall denn aussehen?
Und kennen Sie noch einen anderen Anwendungsbereich für Li-Ionen-Akkus ausser auf Digitalkameras, Laptops und Natels? |
06.03.10 | 00:14 |
Beitrag von Experte_Manuel:
Hallo Vale,
Die Tiefgestellten x und n sind so zu verstehen:
Wenn Du eine Verbindung mit der Zusammensetzung LixCn hast, also x Li Atome und n C Atome, wobei x und n ganze Zahlen sind, dann bekommst Du beim Entladen n C Atome, x Lithium Ionen und x Elektronen.
Das ist also nur eine sehr allgemeine Formulierung der gesamten Reaktion. x und n kannst Du in dem Sinne selber wählen.
Die Spannungsberechnung würede ich besten an einem konkreten Beispiel machen, so wie es Gregor schon vorgeschlagen hat.
Die Lithium-Ionen Akkus kann man an und für sich überall einsetzen. Die Frage ist halt nur, inwiefern das sinn macht, da diese Akkus relativ teuer sind. Du kannst sie also auch in einer Taschenlampe brauchen. |
06.03.10 | 18:18 |
Beitrag von _vale_:
Ok. Eine Berechnung beim Blei-Akku (für eine galvanische Zelle) würde ja folgendermassen aussehen:
E(Ox)- E (Red) = Spannung
1.8 - (-0.13) = 1.93 V
Doch was wäre ein geeignetes Beispiel für den Lithium-Ionen-Akku?
Und besitzt ein Lithium-Ionen-Akku einen Elektrolyten? Denn auf wikipedia steht, es bestehe aus aprotischen Lösungsmitteln, und in einem Chemiebuch habe ich gelesen, es hätte keinen Elektrolyten weil sonst Lithium mit Wasser reagieren würde, da wasser meist als Lösungsmittel verwendet wird..
Nun habe ich noch einige Fragen zu Wikipedia:
1. "Lithium scheidet sich aufgrund der Deckschichten auf der Elektrodenoberfläche nicht als kompaktes Metall, sondern fein verteilt ab, wodurch sich ein hochreaktiver Li-Schwamm bildet. Durch Dendritenwachstum durch den Separator kann es zum Kurzschluss und dadurch zum Entzünden des Lithiums kommen."
-> Was ist genau unter Dendritenwachstum zu verstehen und inwiefern kommt es dadurch zum Kurzschluss?
2. "Bei Überladung eines Li-Ion-Akkus lagert sich metallisches Lithium an der Anode ab. Das Kathodenmaterial wird zum oxidierenden Element und verliert seine Stabilität."
-> Wie ist dies genau gemeint? Heisst dies, dass der Akku kaputtgeht bei Überladung, weil dann die Reaktionen quasi umgekehrt werden, also dass anstatt an der Anode die Oxidation stattfindet, findet dort die Reduktion statt (Lithiumabscheidung), und an der Kathode wird statt reduziert, oxidiert. Aber wie ist dies überhaupt möglich?
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06.03.10 | 23:11 |
Beitrag von Experte_Manuel:
Hi Vale,
Zu dem Lösungsmittel: Der Akku hat ein Lösungsmittel, aber eben ein orgnisches, aprotisches. D.h. ein Lösungsmittel, dass keine suren Protonen hat, also z.B. nicht Wasser.
Dendritenwachstum ist das dendritische Wachsen eins Kristalls. Das sieht dann etwa so aus wie die verästelung eines Baumes oder die Blutbahn in die Gliedmassen.
Wenn das Lithium durch den Separator wächsst, dann wandern die Elektronen nicht mehr über das Gerät, in dem sich die Batterie befindet sondern direkt innerhalb der Batterie von der Anode zur Kathode. Die Elektronen können so also nicht genutzt werden und man hat einen Kurzschluss.
Ich glaube es ist gemeint, dass das Mateial wirklich kaputt geht im Sinne von sich zersetzen.
Der Akku ist ja so aufgebaut, dass sich Lithium in die Graphit-Schichten einlagert. Wenn nun zu viele Elektronen reingepump werden, dann lagert sich elementares Lithium ab. Wahrscheinlich gehen dann die Kohelnstoffschichten auch kaputt.
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07.03.10 | 00:40 |
Beitrag von _vale_:
Das ist super, vielen Dank! :)
Eine Berechnung der Spannung beim Blei-Akku (für eine galvanische Zelle) würde ja folgendermassen aussehen:
E(Ox)- E (Red) = Spannung
1.8 - (-0.13) = 1.93 V
Doch was wäre ein geeignetes Beispiel für den Lithium-Ionen-Akku? |
07.03.10 | 09:42 |
Beitrag von Experte_Manuel:
Hi Vale,
Dazu musst Du zuerst wissen, aus welchem Material die Anode und Kathode besteht. Dann musst Du diese Werte irgndwo nachschlagen. Mit den gefundenen Werten kannst Du die Spannung dann ganz normal berechnen.
Nimm doch als Anode: LiCoO2 mit 3.7 V
und Kathode LiC6 mit 0.15 V |
07.03.10 | 15:45 |
Beitrag von _vale_:
Ok. Sind die angegebenen Zahlen die Standardpotentiale?
Und würde die Berechnung somit dann folgendermassen aussehen:
3.7 - 0.15 = 3.55 V
Dann wäre die Nennspannung 3.55 Volt bei diesem Beispiel im Lithium-Ionen-Akku?
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07.03.10 | 21:08 |
Beitrag von Experte_Gregor:
Genau. Aber hier noch eine Ergänzung: Die Anode einer Batterie besteht aus einer Legierung (oder Mischung) von Lithium und Graphit und die Kathode ist aus Lithiumcobaltat (LiCoO3). |
15.03.10 | 20:48 |