Wie entsteht bzw. was verursacht die Spannung an einen Lithium-Ionen-Akku?
Wie entsteht bzw. was verursacht die Spannung an einen Lithium-Ionen-Akku?
Wieso findet die Entladung überhaupt statt?
1 Antwort
Eine Zelle hat zwei Pole mit unterschiedlichem Grundmaterial, z.B. Eisenphosphat am Pluspol und Graphit am Minuspol. Dazwischen gibt es einen Separator, der diese Materialien voneinander trennt und durch den auch keine Elektronen hindurch gelangen können. Was aber durch diesen Separator durchdringen kann, sind Lithium-Ionen. Das Ganze "schwimmt" in einem Elektrolyt, in dem sich die Lithium-Ionen theoretisch frei bewegen können.
In einem geladenen Lithium-Akku sind jetzt Lithiumatome zwischen die Graphitschichten am Minuspol eingelagert. Lithium gibt sein Valenzelelektron gerne ans Graphit ab, welches seinerseits sehr gut leitfähig ist, das Elektron "schluckt" uund zum Ladungsausgleich bei Gelegenheit ein Elektron nach "irgendwo" abgibt.
Ist das Lithium-Atom oxidiert und ist zum positiv geladenen Lithium-Ion geworden, ist es nicht mehr im Graphit eingebunden, sondern löst sich im Elektrolyt und kann sich in der Zelle frei bewegen. Da es eine gewisse Bindungsaffinität zum Material des Pluspols hat, schwimmt es durch den Separator dorthin und lagert sich dort an - sodass am Pluspol eine positive Ladung entsteht. Dieser Pluspol nimmt bei Gelegenheit von "irgendwo" ein Elektron auf. Dieses wird frecherweise nicht ans Lithium weitergeleitet, sondern du hast dann ein negativ geladenes Elektrodenmaterial (wie gesagt, z.B. Eisenphosphat) und daran die ionisch gebundenen Lithium-Ionen.
So, und die Gelegenheit dazu, dass das Graphit am Minuspol ein Elektron abgeben und das Eisenphosphat am Pluspol ein Elektron aufnehmen kann, schaffst du indem du eine elektrische Leitung dazwischen verlegst. Der direkte Weg geht ja nicht, der Separator lässt ja keine Elektronen durch.
Die Elektronen fließen durch deine elektrische Leitung mit einem "Schwung" von 3,3 Elektronenvolt je Elektron. Das ist ziemlich schwungvoll, das reicht locker um zwischendurch noch einen elektrischen Verbraucher anzutreiben. Diese 3,3 eV sind schlichtweg das Redoxpotential zwischen ungeladenen Lithiumatomen und Lithium-Ionen.
Das Laden des Lithiumakkus läuft dann einfach andersrum: Man drückt Elektronen zum Minuspol herein, das Graphit wird mit Elektronen übersättigt und drückt diese wiederum dahergelaufenen Lithium-Ionen auf, die sich dann als Lithium-Atome zwischen den Schichten des Graphits einlagern. Und weil diese Lithium-Ionen als positive Ladungen beim Eisenphosphat des Pluspols fehlen, gibts dort nen Überschuss an negativer Ladung, weshalb dort Elektronen abgegeben werden.