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Lithium-Ionen-Batterien und -Akkumulatoren

Lithium-Ionen-Batterie und Lithium-Ionen-Akkumulatoren basieren auf der Entdeckung, wonach das Element Lithium dazu in der Lage ist, mit ganz bestimmten Kohlenstoff- oder auch mit Graphitsorten, sogenannte Einlagerungs- oder Intercalationsverbindungen (CICs oder GICs) einzugehen. Diese bilden dann innerhalb der galvanischen Zellen aktive Massen. Im chemischen Sinne lagern sich dabei Moleküle, Ionen oder sogar ganze Atome in die chemische Struktur eines Wirtselementes ein, ohne dieses dabei jedoch wesentlich zu verändern. Zwischen den sich einlagernden Gast-Molekülen, Gast-Ionen oder Gast-Atomen und der Gitterstruktur des Wirtselementes sind dabei extrem starke Wechselwirkungen möglich, die massiv genug sind, um eine Intercalationsreaktion zu bewirken. Das Laden und das Entladen einer Lithium-Ionen-Batterie oder eines Lithium-Ionen-Akkumulators funktioniert dabei dadurch, dass beim Ladevorgang jeweils Lithium-Ionen in das Wirtsgitter eingebaut, beim Entladevorgang jedoch wieder aus diesem ausgebaut werden.

Batteriebetrieben
Batteriebetrieben - ilynx_v - Fotolia.com

Technische Parameter

Die Ruhespannungen von Lithium-Ionen-Batterien und Lithium-Ionen-Akkumulatoren liegen in der Regel bei 3,6 V. Diese Energiespeicher funktionieren üblicherweise bei Betriebstemperaturen, deren Bandbreite von minus 20 Grad Celsius bis hin zu plus 50 Grad Celsius reicht. Theoretisch sind bei Lithium-Ionen-Batterien und Lithium-Ionen-Akkumulatoren Energiedichten von bis zu 450 Wh/kg erzielbar. Die praktische Energiedichte beträgt jedoch derzeit etwa 100, maximal 185 Wh/kg. Basierend auf den genannten technischen Parametern sind Wirkungsgrade erzielbar, die zwischen 95 Prozent und 97 Prozent liegen.

(Welt-)Marktsituation

Auf dem deutschen Markt sind gegenwärtig etwa 150 Hersteller von Lithium-Ionen-Batterien und Lithium-Ionen-Akkumulatoren registriert. Weltweit gilt der Markt für Lithium-Ionen-Batterien und Lithium-Ionen-Akkumulatoren als hoch interessant, da diese Energiespeicher unter anderem als Energiequellen für die Motoren von Elektrofahrzeugen Verwendung finden. Das aktuelle Volumen des Weltmarktes wird auf etwa 1,5 Milliarden US-Dollar geschätzt und soll nach Prognosen von Roland Berger Strategy Consultants bis zum Jahre 2015 auf mindestens 15 Milliarden US-Dollar anwachsen. Bis 2020 wird im besten Fall sogar ein Marktvolumen von 50 Milliarden US-Dollar weltweit erwartet.

Der Weltmarkt für Lithium-Ionen-Batterien und Lithium-Ionen-Akkumulatoren wird gegenwärtig durch fünf Global Player dominiert. Diese, größtenteils aus dem asiatischen Raum stammenden Unternehmungen, sind A123, AESC, LG Chem, Panasonic/Sanyo und SB LiMotive. Aufgrund des zunehmenden Wettbewerbsdruckes innerhalb dieses Marktes kann bis etwa 2015 eine deutliche Marktkonsolidierung erwartet werden. Die Hochrechnungen des genannten Marktvolumens durch Roland Berger Strategy Consultants basieren auf der Annahme, dass etwa 80 Prozent aller Lithium-Ionen-Batterie- und Akkumulatoren-Systeme in Elektro- und Hybridfahrzeugen zum Einsatz kommen können. Von diesen könnten weltweit bis zum Jahre 2015 etwa 2,5 Millionen Einheiten (PKW und leichte Nutzfahrzeuge für das sogenannte Light Vehicle-Segment des Automobilmarktes) hergestellt werden.

Vor- und Nachteile von Lithium-Ionen-Batterien und -Akkumulatoren

Positiv ist zweifellos die Tatsache, dass Lithium-Ionen-Batterien und Lithium-Ionen-Akkumulatoren im Vergleich zu anderen Akkumulatoren eine hohe Energiedichte aufweisen, die allerdings zugleich das Vorhandensein elektronischer Schutzschaltungen erfordert. Ebenso positiv sind ihre thermische Stabilität und der nachweisbar geringe Memory-Effekt. Negativ fällt die bauartbedingte Volatilität ihrer Kenndaten ins Gewicht.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

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