Grundlagen und Geschichte der Lithium-Ionen-Akkus

Stell dir vor, dein Handy würde nur einen Tag halten - ohne Lithium-Ionen-Akkumulatoren wäre das Realität! Diese elektrischen Spannungsquellen speichern Energie auf Basis von Lithium und gehören zu den wiederaufladbaren Sekundärzellen.

Die Entwicklung war ein echter Marathon: 1971 entwickelte Stanley Whittingham das erste Kathodenmaterial, 1980 verbesserte John Goodenough die Energiedichte mit Lithium-Kobaltoxid. Den Durchbruch schaffte 1985 Akira Yoshino mit einer Batterie aus Lithium-Kobaltoxid-Kathode und Graphit-Anode.

Sony brachte 1991 die erste kommerzielle Version auf den Markt - der Rest ist Geschichte. Heute stecken sie in Smartphones, Laptops, E-Autos und sogar als Stromspeicher für Solaranlagen. Forscher arbeiten ständig an Verbesserungen: 2020 entdeckten sie, dass Kalium die Akkus langlebiger und sicherer macht.

Fun Fact: Die drei Erfinder erhielten 2019 gemeinsam den Nobelpreis für Chemie - nicht schlecht für eine "simple" Batterie!

Aufbau und Funktionsweise verstehen

Der Aufbau eines Lithium-Ionen-Akkus ähnelt dem einer galvanischen Zelle, ist aber viel cleverer konstruiert. Die Anode aus Graphit (negative Elektrode) ist mit Kupferfolie verbunden, während die Kathode aus Lithium-Metalloxiden besteht und an Aluminiumfolie haftet.

Zwischen beiden liegt ein Separator aus Kunststoff, der Kurzschlüsse verhindert, aber den Elektrolyt durchlässt. Dieser Elektrolyt enthält Lithium-Ionen als Salze in organischen Lösemitteln - quasi die "Autobahn" für die Ionen.

Beim Laden wandern die positiv geladenen Lithium-Ionen von der Kathode zur Anode und lagern sich zwischen den Graphitschichten ein. Beim Entladen läuft der Prozess rückwärts: Die Ionen wandern zurück zur Kathode und erzeugen dabei den Strom für euer Gerät.

Merkhilfe: Denkt an einen Pingpong-Ball, der zwischen zwei Schlägern hin und her springt - so wandern die Lithium-Ionen zwischen den Elektroden!

Die chemischen Reaktionen laufen als Redoxreaktionen ab, bei denen Elektronen übertragen werden. Das Geniale: Dieser Prozess ist umkehrbar und funktioniert hunderte Male.