Wie Lithium-Ionen-Akkus die Technik revolutionieren

Smartphone, Laptops, Wearables – ohne Lithium-Ionen-Akkus wären die Geräte, die unseren Alltag so stark prägen, nutzlos. Aber abgesehen von diesen omnipräsenten Anwendungen gibt es weitere Einsatzgebiete von Li-Ion-Akkus in der Technik, die unterschiedliche Lebensbereiche revolutionieren. Dieser Artikel geht über die gängigsten Anwendungen hinaus und behandelt tiefgreifende Veränderungen, die Li-Ion-Akkus in zukunftsträchtigen Sektoren verursachen:

1. Elektromobilität
2. Energiespeicherung
3. Medizintechnik

Lithium-Ionen-Akkus: Eigenschaften & Funktion kurz erklärt

Lithium-Ionen-Akkus sind wiederaufladbare Energiequellen und wesentlicher Bestandteil vieler Elektrogeräte sowie -gefährte. Eine entsprechend wichtige Eigenschaft von Lithium-Ionen-Akkus ist ihre Energiedichte auf kleinem Raum.

Abgesehen davon gibt es noch viele weitere Aspekte, die die Energiespeicher so leistungsfähig und vielseitig einsetzbar machen. Im Folgenden einige Vor- und Nachteile der Li-Ion-Akkus:

Lithium-Ionen-Akku: Vorteile

• Wiederaufladbarkeit
• Schnellladefähigkeit
• Lebensdauer von 800 bis 1.000 Ladezyklen
• niedrige Selbstentladungsrate
• kein Memory-Effekt
• kein Überladen durch Batterie-Management-Systeme

Natürlich reihen sich auch einige nachteilige Aspekte in die Diskussion um Lithium-Ionen-Akkus ein.

Lithium-Ionen-Akku: Nachteile

• Überladung und Tiefentladung
• Abhängigkeit von Nutzung und Lagerung
• Temperaturempfindlichkeit
• Risiken bei mechanischer Beschädigung
• hohe Produktionskosten
• spezielle Entsorgung erforderlich

Funktionsweise

Aber wie funktionieren die Akkus eigentlich? Ein Lithium-Ionen-Akku speichert Energie mittels Lithium-Ionen. Die Arbeitsweise dieser Akkus läuft – vereinfacht ausgedrückt – folgendermaßen ab:

1. Positiv geladene Li-Ionen werden von der negativ geladenen Anode angezogen.
2. Ein Separator trennt die Elektroden voneinander und ermöglicht den Ionenfluss.
3. Beim Aufladen des Akkus wandern Elektronen von der Kathode zur Anode.
4. Wird der Akku verwendet, kehrt sich dieser Vorgang um, und die Elektronen fließen von der Anode zurück zur Kathode.

Die folgende Grafik stellt die Funktionsweise anschaulich dar:

Es ist die Funktionsweise von Lithium-Ionen-Akkus, die sie so leistungsfähig macht (© protecto.de).

Revolutionen in der Technik

In den Smartphones, Smartwatches und E-Bikes sind Li-Ion-Akkus allgegenwärtig. Ohne die leistungsfähigen Energiespeicher wäre es nicht möglich, die energiehungrigen Geräte zu betreiben. Aber nicht nur die Elektronik, sondern auch die Technik, profitiert von den Akkus.

Elektromobilität

Li-Ion-Akkus sind zentral für die Entwicklung von Elektrofahrzeugen. Fahrzeuge mit diesen Akkus können größere Distanzen problemlos zurücklegen und sind wesentlich umweltfreundlicher als herkömmliche Fahrzeuge.

Die höhere Energiedichte von Lithium-Ionen-Akkus bedeutet, dass sie bei gleichem Gewicht mehr Energie speichern können als ältere Akkutypen. Dies ist entscheidend für Elektrofahrzeuge (EVs), da es direkt die Reichweite der Fahrzeuge beeinflusst: Fahrzeuge können nun Distanzen von bis zu 600 Kilometern pro Ladung zurücklegen.

In diesem Bereich darf auch mit massiven Fortschritten gerechnet werden, denn die Batterieforschung beschäftigt sich intensivst mit der Aufgabe, die Akkus kleiner, leichter, langlebiger und gleichzeitig energiedichter zu machen – nicht nur im Bereich Mobilität.

Überdies führt die steigende Nachfrage nach sauberer Elektromobilität zur weiteren Entwicklung von erneuerbaren Energien, da die Stromnachfrage steigt.

Energiespeicherung

In Verbindung mit erneuerbaren Energien wie Solar- und Windkraft ermöglichen Li-Ion-Akkus eine effektivere Speicherung von Energie, denn erneuerbare Energien sind oft variabel und unvorhersehbar. Die Sonne scheint nicht immer, und der Wind weht nicht konstant, was zu Schwankungen in der Energieproduktion führt.

Lithium-Ionen-Akkus können überschüssige Energie speichern, wenn die Produktion hoch ist und der Bedarf gering, und diese Energie freigeben, wenn die Nachfrage die Produktion übersteigt. Sie helfen also dabei, die Versorgungssicherheit zu gewährleisten und Stromausfälle oder -schwankungen zu verhindern, die ohne diese Speichertechnologie häufiger auftreten würden. Dies erleichtert die dezentrale Stromversorgung und stärkt die Resilienz des gesamten Stromnetzes.

Medizintechnik

Lithium-Ionen-Akkus haben die Entwicklung medizinischer Geräte revolutioniert, indem sie kleinere, leichtere und effizientere Lösungen ermöglichen. Diese technologischen Fortschritte tragen wesentlich dazu bei, die Lebensqualität von Patienten zu verbessern und die medizinische Versorgung effizienter und zugänglicher zu machen.

Durch ihre hohe Energiedichte ermöglichen Lithium-Ionen-Akkus die Herstellung von kleineren und leichteren medizinischen Geräten. Dies ist besonders wichtig für tragbare Geräte, die Patienten ständig bei sich tragen müssen, wie Herzschrittmacher und Insulinpumpen. Geringes Gewicht und kleine Größen erhöhen den Tragekomfort und die Akzeptanz bei den Patienten.

Geräte wie tragbare Defibrillatoren und respiratorische Überwachungsgeräte, die in kritischen Situationen zuverlässig funktionieren müssen, profitieren enorm von der Langlebigkeit und Zuverlässigkeit von Li-Ion-Akkus.

Was hier gesondert erwähnt werden muss, ist der nötige hohe Sicherheitsstandard: Insbesondere in der Medizintechnik sind strenge Standards erforderlich, um Risiken wie Überhitzung oder chemische Leckagen zu vermeiden. Die Industrie arbeitet kontinuierlich daran, die Sicherheit dieser Akkus durch verbesserte Designs und Schutzmechanismen zu erhöhen.

Fazit

Lithium-Ionen-Akkus haben die Art und Weise, wie Energie gespeichert und genutzt werden kann, revolutioniert und werden weiterhin eine Schlüsselrolle bei technologischen Fortschritten spielen. Viele Bereiche – nicht nur die Elektronik, sondern auch die Medizintechnik, Mobilität und Energiespeicherung – fußen auf den Möglichkeiten, die Li-Ion-Akkus bieten.