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  _ Li/LiCoO2-System anorganisch

Lithium-Hochenergie/Hochleistungs-Akkumulator
(Sekundärsystem)

Li, SO2, LiAlCl4, LiCoO2

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Andere Bezeichnungen   Wiederaufladbare Lithium/Lithiumcobaltoxid-Batterie, Lithium/Lithiumcobaltoxid-Akkumulator mit anorg. Elektrolytlösung (ICT), inorganic metallic lithium battery system, high-energy lithium system.

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Anwendung   Das System ist im Entwicklungsstatus und noch nicht kommerziell erhältlich. Es kann als Hochenergiebatterie oder als Hochleistungsbatterie ausgelegt werden. Gefördert von BMVg/BWB wurden am Fraunhofer Institut für Chemische Technologie (ICT), Pfinztal, prismatische Zellen bis 7 Ah hergestellt die ausgezeichnete Hochstromeigenschaften aufweisen (bis 200 A Kurzzeitbelastung). Anwendungsziele sind vor allem Hochleistungsbereiche wie Elektrotraktion, Elektrowerkzeuge, Elektrothermische Kanone und Notstromeinrichtungen.

Vereinfachte elektrochemische Reaktionsgleichungen
(Hilfe Formeln)

    Entladen -->
Laden ¬
 
Negative Elektrode: x Li0 ¬-->
x Li+ + x e-
Positive Elektrode: Li1-xCo3+ x O2 + x Li+ + x e- ¬-->
Li1Co3+O2

X = 0 bis 0,6

Der Elektrolyt besteht aus dem komplexen Leitsalz Lithiumtetrachloroaluminat (LiAlCl4), das in Schwefeldioxid (SO2) gelöst ist. Im entladenen Zustand ist in der Zelle kein freies Lithium vorhanden. Es ist komplett in Zwischengitterplätzen des Lithiumcobaltoxid-Gitters eingelagert (interkaliert). Bei der Ladung wird es auf einem metallischen Ableiter (negative Elektrode) metallisch abgeschieden.
Überladung ist ähnlich wie in NiCd-Akkus durch eine Zerlegung und Rekombination des Elektrolyten möglich. Ein stöchiometrischer Austausch des Lithiums im Lithiumcobaltoxid ist nicht möglich. Es lassen sich durch Laden-/Entladen ca. 60 % des Lithiums reversibel austauschen.
Die Strombedeckung praktischer Elektroden liegt bei einer Polarisation von 500 mV bei der Lithiumauflösung bei 1600 mA/cm² und bei der Entladung des LiCoO2 bei 150 mA/cm². Lithiumakkus mit organischem Elektrolyten zeigen hier um eine Größenordnung schlechtere Werte.

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Technische Daten (durchschnittlich)  
o Elektrolytlösung (RT):
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LiAlCl4 x 1,5 SO2‚ = 1,28 g/cm³

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Leitfähigkeit: 30 mS/cm (25°C), 90 mS bei 40°C

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Gefrierpunkt: - 20 °C

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Viskosität: 13,3 Centipoise

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Siedepunkt: ca. 70 °C

o Leerlaufspannung : 4,05 V, Nennspannung: 3,9 V
o Theoretische spezifische Energie : 1070 Wh/kg
o Praktische spez. Energie bis 200 Wh/kg; die nicht optimierten, handgefertigten 7 Ah Zellen des ICT erreichten 165 Wh/kg.
o Energiedichte: 500 Wh/l
o Energiewirkungsgrad : : > 80 %
o Lebensdauer : Nach 200 Zyklen ca. 80% der Anfangskapazität.
o Selbstentladung : Stark temperaturabhängig, bei RT ca. 50% in 4 Wochen.
o Betriebstemperatur: - 20 bis 50°C mit Druckelektolyt – 60 bis 50°C.
o Bauarten : prismatische Zellen bis 7 Ah, Außenmaße 76,2 x 52 x 13,9 mm³, Gewicht ca. 160 g, 34 g Elektrolytlösung > 8,2 g SO2, spez. Leistung > 1000 W/kg;
Spezialausführung mit bipolaren Elektroden als Hochleistungssystem
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Besonderheiten   Die beschriebenen Leistungsdaten können mit keinem der marktgängigen wiederaufladbaren Batteriesysteme erreicht werden (2001). Im gegenwärtigen Entwicklungsstadium ist jedoch die Elektrolytlösung und das abgeschiedene Lithium nicht ausreichend stabil. Die dadurch bedingte hohe Selbstentladung bei erhöhten Temperaturen ist mit Wärmeentwicklung verbunden. Bei Umgebungstemperaturen oberhalb 50 °C kann es zwischen den Elektroden zu einem Wärmestau kommen. Dieser Wärmestau kann einen 'thermal runaway' auslösen, der zur Zerstörung der Zelle (Batterie) führt. An Verbesserungen wird gearbeitet. Prinzipiell können Batterien durch Kühlung thermisch stabilisiert werden.

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iQuellen   Produktbereich Angewandte Elektrochemie im Fraunhofer-Institut für Chemische Technologie (ICT), 76327 Pfinztal;

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Adresse   Ansprechpartner:
Dr. Jens Tübke
Tel.: (0721) 4640-343
Fax: (0721) 4640-111
 

Fraunhofer Institut für Chemische Technologie

Joseph-von-Fraunhofer-Str. 7
D-76327 Pfinztal (Berghausen)

Telefon (0721) 46 40-0
Fax (0721) 46 40 - 111



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