Was sind Lithium-Ionen-Batterien

Lithium-Ionen-Batterien sind eine beliebte Batterietechnologie. Ein großer Vorteil dieser Batterien ist ihre Wiederaufladbarkeit. Daher sind sie heute in den meisten batteriebetriebenen Verbrauchergeräten zu finden. Sie finden sich in Telefonen, Elektrofahrzeugen und batteriebetriebenen Golfwagen.

Wie funktionieren Lithium-Ionen-Batterien?

Lithium-Ionen-Akkus bestehen aus einer oder mehreren Lithium-Ionen-Zellen. Sie enthalten zusätzlich eine Schutzplatine, die ein Überladen verhindert. Die Zellen werden als Akkus bezeichnet, sobald sie in ein Gehäuse mit Schutzplatine eingebaut sind.

Sind Lithium-Ionen-Batterien dasselbe wie Lithium-Batterien?

Nein. Lithiumbatterien und Lithium-Ionen-Batterien unterscheiden sich erheblich. Der Hauptunterschied besteht darin, dass Lithium-Ionen-Batterien wiederaufladbar sind. Ein weiterer wesentlicher Unterschied ist die Haltbarkeit. Eine Lithium-Batterie kann bis zu 12 Jahre unbenutzt halten, während Lithium-Ionen-Batterien eine Haltbarkeit von bis zu 3 Jahren haben.

Was sind die Hauptkomponenten von Lithium-Ionen-Batterien

Lithium-Ionen-Zellen bestehen aus vier Hauptkomponenten. Diese sind:

Anode

Die Anode ermöglicht den Stromfluss von der Batterie zu einem externen Stromkreis. Außerdem speichert sie beim Laden der Batterie Lithium-Ionen.

Kathode

Die Kathode bestimmt die Kapazität und Spannung der Zelle. Sie produziert beim Entladen der Batterie Lithium-Ionen.

Elektrolyt

Der Elektrolyt ist ein Material, das als Kanal für die Bewegung von Lithiumionen zwischen Kathode und Anode dient. Er besteht aus Salzen, Additiven und verschiedenen Lösungsmitteln.

Der Separator

Das letzte Stück einer Lithium-Ionen-Zelle ist der Separator. Er fungiert als physikalische Barriere, um Kathode und Anode voneinander zu trennen.

Lithium-Ionen-Akkus funktionieren, indem Lithium-Ionen über den Elektrolyten von der Kathode zur Anode und umgekehrt transportiert werden. Durch die Bewegung der Ionen werden freie Elektronen in der Anode aktiviert, wodurch der positive Stromableiter geladen wird. Diese Elektronen fließen durch das Gerät, z. B. ein Telefon oder ein Golfwagen, zum negativen Stromableiter und zurück zur Kathode. Der freie Elektronenfluss im Akku wird durch den Separator verhindert, der die Elektronen zu den Kontakten drängt.

Beim Laden eines Lithium-Ionen-Akkus setzt die Kathode Lithium-Ionen frei, die sich in Richtung Anode bewegen. Beim Entladen bewegen sich Lithium-Ionen von der Anode zur Kathode, wodurch ein Stromfluss entsteht.

Wann wurden Lithium-Ionen-Batterien erfunden?

Lithium-Ionen-Batterien wurden erstmals in den 1970er Jahren vom englischen Chemiker Stanley Whittingham entwickelt. Bei seinen Experimenten untersuchte der Wissenschaftler verschiedene chemische Verfahren für eine selbstaufladende Batterie. Sein erster Versuch umfasste Titandisulfid und Lithium als Elektroden. Die Batterien erlitten jedoch Kurzschlüsse und explodierten.

In den 80er Jahren nahm ein anderer Wissenschaftler, John B. Goodenough, die Herausforderung an. Bald darauf begann der japanische Chemiker Akira Yoshino mit der Erforschung dieser Technologie. Yoshino und Goodenough wiesen nach, dass Lithiummetall die Hauptursache für Explosionen war.

In den 90er Jahren gewann die Lithium-Ionen-Technologie an Bedeutung und entwickelte sich bis zum Ende des Jahrzehnts schnell zu einer beliebten Energiequelle. Sony brachte die Technologie erstmals kommerziell auf den Markt. Die schlechte Sicherheitsbilanz von Lithiumbatterien führte zur Entwicklung von Lithium-Ionen-Batterien.

Lithiumbatterien können zwar eine höhere Energiedichte speichern, sind jedoch beim Laden und Entladen unsicher. Lithium-Ionen-Batterien hingegen können recht sicher geladen und entladen werden, wenn die Benutzer die grundlegenden Sicherheitsrichtlinien einhalten.

Was ist die beste Lithium-Ionen-Chemie?

Es gibt zahlreiche chemische Zusammensetzungen für Lithium-Ionen-Batterien. Die im Handel erhältlichen sind:

Lithiumtitanat
Lithium-Nickel-Kobalt-Aluminiumoxid
Lithium-Nickel-Mangan-Kobaltoxid
Lithium-Mangan-Oxid (LMO)
Lithium-Kobaltoxid
Lithiumeisenphosphat (LiFePO4)

Es gibt zahlreiche chemische Zusammensetzungen für Lithium-Ionen-Batterien. Jede hat ihre Vor- und Nachteile. Einige eignen sich jedoch nur für bestimmte Anwendungsfälle. Daher hängt die Wahl des Typs von Ihrem Strombedarf, Ihrem Budget, Ihrer Sicherheitstoleranz und Ihrem spezifischen Anwendungsfall ab.

LiFePO4-Batterien sind jedoch die kommerziell am häufigsten erhältliche Option. Diese Batterien enthalten eine Graphit-Kohlenstoff-Elektrode, die als Anode dient, und Phosphat als Kathode. Sie haben eine lange Lebensdauer von bis zu 10.000 Zyklen.

Darüber hinaus bieten sie eine hohe thermische Stabilität und können kurze Lastspitzen sicher bewältigen. LiFePO4-Batterien sind für eine thermische Durchgehensschwelle von bis zu 510 Grad Fahrenheit ausgelegt, die höchste aller handelsüblichen Lithium-Ionen-Batterietypen.

Vorteile von LiFePO4-Batterien

Im Vergleich zu Blei-Säure- und anderen Lithium-basierten Batterien haben Lithium-Eisenphosphat-Batterien einen großen Vorteil. Sie laden und entladen effizient, halten länger und können tiefzyklischcleohne Kapazitätsverlust. Diese Vorteile bedeuten, dass die Batterien im Vergleich zu anderen Batterietypen über ihre Lebensdauer enorme Kosteneinsparungen bieten. Nachfolgend finden Sie einen Überblick über die spezifischen Vorteile dieser Batterien in langsamen Kraftfahrzeugen und Industrieanlagen.

LiFePO4-Batterie in langsamen Fahrzeugen

Niedriggeschwindigkeits-Elektrofahrzeuge (LEVs) sind vierrädrige Fahrzeuge mit einem Gewicht von weniger als 1360 kg. Sie werden von Elektrobatterien angetrieben und sind daher eine beliebte Wahl für Golfwagen und andere Freizeitfahrzeuge.

Bei der Auswahl der Batterie für Ihr LEV ist die Langlebigkeit einer der wichtigsten Aspekte. Beispielsweise sollten batteriebetriebene Golfwagen über genügend Leistung verfügen, um einen 18-Loch-Golfplatz ohne Aufladen zu befahren.

Ein weiterer wichtiger Aspekt ist der Wartungsplan. Eine gute Batterie sollte wartungsfrei sein, damit Sie Ihre Freizeitaktivitäten optimal genießen können.

Die Batterie sollte zudem bei unterschiedlichen Wetterbedingungen einsatzfähig sein. So sollte sie beispielsweise das Golfspielen sowohl bei Sommerhitze als auch bei kühleren Temperaturen im Herbst ermöglichen.

Eine gute Batterie sollte außerdem über ein Kontrollsystem verfügen, das sicherstellt, dass sie nicht überhitzt oder zu stark abkühlt, was ihre Kapazität mindert.

Eine der besten Marken, die all diese grundlegenden, aber wichtigen Bedingungen erfüllt, ist ROYPOW. Ihre LiFePO4-Lithiumbatterien sind für Temperaturen von -15 °C bis 55 °C ausgelegt. Die Batterien verfügen über ein integriertes Batteriemanagementsystem und sind extrem einfach zu installieren.

Industrielle Anwendungen für Lithium-Ionen-Batterien

Lithium-Ionen-Batterien sind eine beliebte Option in industriellen Anwendungen. Die am häufigsten verwendete chemische Zusammensetzung sind LiFePO4-Batterien. Zu den gängigsten Geräten, in denen diese Batterien zum Einsatz kommen, gehören:

Schmalgangstapler
Gegengewichtsstapler
3-Rad-Gabelstapler
Deichselstapler
End- und Mittelreiter

Es gibt viele Gründe, warum Lithium-Ionen-Batterien in der Industrie immer beliebter werden. Die wichtigsten sind:

Hohe Kapazität und Langlebigkeit

Lithium-Ionen-Batterien haben im Vergleich zu Blei-Säure-Batterien eine höhere Energiedichte und Lebensdauer. Sie können ein Drittel des Gewichts wiegen und die gleiche Leistung liefern.

Ein weiterer großer Vorteil ist die Lebensdauer. Für einen Industriebetrieb ist es das Ziel, die kurzfristigen Kosten so gering wie möglich zu halten. Mit Lithium-Ionen-Batterien können Gabelstaplerbatterien dreimal so lange halten, was langfristig zu enormen Kosteneinsparungen führt.

Sie können außerdem mit einer höheren Entladetiefe von bis zu 80 % betrieben werden, ohne dass ihre Kapazität darunter leidet. Dies bietet einen weiteren Vorteil in Form von Zeitersparnis. Der Betrieb muss nicht mitten im Betrieb unterbrochen werden, um die Batterien auszutauschen, was über einen ausreichend langen Zeitraum Tausende von Arbeitsstunden einsparen kann.

Hochgeschwindigkeitsladen

Bei industriellen Blei-Säure-Batterien beträgt die normale Ladezeit etwa acht Stunden. Das entspricht einer gesamten 8-Stunden-Schicht, in der die Batterie nicht einsatzbereit ist. Folglich muss ein Manager diese Ausfallzeit einkalkulieren und zusätzliche Batterien anschaffen.

Mit LiFePO4-Batterien ist das kein Problem. Ein gutes Beispiel ist dieROYPOW industrielle LifePO4-Lithiumbatterien, die viermal schneller aufgeladen werden als Blei-Säure-Batterien. Ein weiterer Vorteil ist die Fähigkeit, während der Entladung effizient zu bleiben. Bei Blei-Säure-Batterien kommt es beim Entladen häufig zu Leistungseinbußen.

Dank eines effizienten Batteriemanagementsystems gibt es bei den Industriebatterien der ROYPOW-Reihe auch keine Memory-Probleme. Blei-Säure-Batterien leiden häufig unter diesem Problem, was dazu führen kann, dass die volle Kapazität nicht erreicht wird.

Mit der Zeit kommt es zu Sulfatierung, die ihre ohnehin schon kurze Lebensdauer halbieren kann. Dieses Problem tritt häufig auf, wenn Blei-Säure-Batterien ohne vollständige Ladung gelagert werden. Lithium-Batterien können in kurzen Abständen geladen und problemlos bei jeder Kapazität über Null gelagert werden.

Sicherheit und Handhabung

LiFePO4-Batterien bieten im industriellen Umfeld einen großen Vorteil. Erstens zeichnen sie sich durch eine hohe thermische Stabilität aus. Diese Batterien können bei Temperaturen von bis zu 55 °C betrieben werden, ohne Schaden zu nehmen. Blei-Säure-Batterien würden bei einer ähnlichen Temperatur bis zu 80 % ihrer Lebensdauer verlieren.

Ein weiteres Problem ist das Gewicht der Batterien. Bei vergleichbarer Kapazität wiegen Blei-Säure-Batterien deutlich mehr. Daher erfordern sie oft spezielle Ausrüstung und eine längere Installationszeit, was zu einem geringeren Arbeitsaufwand führen kann.

Ein weiteres Problem ist die Arbeitssicherheit. LiFePO4-Batterien sind im Allgemeinen sicherer als Blei-Säure-Batterien. Gemäß den OSHA-Richtlinien müssen Blei-Säure-Batterien in einem speziellen Raum mit Geräten zur Beseitigung gefährlicher Dämpfe gelagert werden. Dies führt zu zusätzlichen Kosten und erhöht die Komplexität eines Industriebetriebs.

Abschluss

Lithium-Ionen-Batterien bieten im industriellen Umfeld und bei langsamen Elektrofahrzeugen einen klaren Vorteil. Sie halten länger und sparen somit Geld. Zudem sind diese Batterien wartungsfrei, was insbesondere im industriellen Umfeld, wo Kosteneinsparungen im Vordergrund stehen, von entscheidender Bedeutung ist.