Was ist lithium-luft-akkumulator?

Lithium-Luft-Akkumulator

Lithium-Luft-Akkumulatoren (auch Lithium-Sauerstoff-Akkumulatoren genannt) sind eine vielversprechende Technologie für zukünftige Energiespeicherlösungen, insbesondere im Bereich der Elektromobilität. Sie zeichnen sich durch eine theoretisch extrem hohe Energiedichte aus, die deutlich über der von Lithium-Ionen-Akkumulatoren liegt. Dies ist darauf zurückzuführen, dass sie anstelle eines schweren Kathodenmaterials Sauerstoff aus der Umgebungsluft nutzen.

Funktionsweise:

Lithium-Luft-Akkumulatoren funktionieren durch die elektrochemische Reaktion von Lithium mit Sauerstoff aus der Luft. Während der Entladung reagiert Lithium an der Anode und gibt Elektronen frei. Diese Elektronen fließen durch einen externen Stromkreis, um Energie zu liefern. Gleichzeitig wandert Lithium-Ionen durch einen Elektrolyten zur Kathode. An der Kathode reagieren die Lithium-Ionen mit Sauerstoff aus der Luft und bilden Lithiumperoxid (Li₂O₂) oder Lithiumoxid (Li₂O), je nach Elektrolyt und Reaktionsbedingungen. Beim Laden wird der Prozess umgekehrt, wobei das Lithiumperoxid/Lithiumoxid wieder in Lithium und Sauerstoff zerlegt wird.

Vorteile:

• Hohe Energiedichte: Die theoretische Energiedichte von Lithium-Luft-Akkumulatoren ist deutlich höher als die von Lithium-Ionen-Akkumulatoren, was zu einer größeren Reichweite von Elektrofahrzeugen mit geringerem Akkugewicht führen könnte.
• Nutzung von Umgebungsluft: Die Verwendung von Sauerstoff aus der Umgebungsluft reduziert das Gewicht und das Volumen des Akkus.

Herausforderungen:

Trotz ihres großen Potenzials stehen Lithium-Luft-Akkumulatoren vor einer Reihe von Herausforderungen, die ihre Kommerzialisierung behindern:

• Geringe Zyklenlebensdauer: Die Bildung und Zersetzung von Lithiumperoxid/Lithiumoxid ist oft mit Nebenreaktionen verbunden, die zu einer Degradation des Akkus und einer geringen Zyklenlebensdauer führen. Dies hängt auch mit der [[Kathode|https://de.wikiwhat.page/kavramlar/Kathode]] zusammen.
• Geringe Leistungsdichte: Die Reaktionskinetik an der Kathode ist oft langsam, was zu einer geringen Leistungsdichte führt.
• Elektrolyt-Instabilität: Der Elektrolyt kann durch die reaktiven Zwischenprodukte während der Entladung und Ladung zersetzt werden. Hier ist auch die [[Elektrolyse|https://de.wikiwhat.page/kavramlar/Elektrolyse]] ein wichtiger Faktor.
• Sauerstoff-Diffusion: Der Zugang von Sauerstoff zur Kathode kann durch die Bildung von Lithiumperoxid/Lithiumoxid blockiert werden.
• Feuchtigkeit und Verunreinigungen: Lithium ist sehr reaktiv und reagiert leicht mit Feuchtigkeit und Verunreinigungen in der Luft, was die Leistung und Lebensdauer des Akkus beeinträchtigen kann.

Forschungsbereiche:

Die Forschung konzentriert sich auf die Bewältigung dieser Herausforderungen, beispielsweise durch:

• Entwicklung neuer Elektrolyte: Die Entwicklung von stabilen und ionenleitfähigen Elektrolyten ist entscheidend für die Verbesserung der Zyklenlebensdauer und der Leistungsfähigkeit.
• Verbesserung der Kathodenmaterialien: Die Entwicklung von Katalysatoren und porösen Kathodenstrukturen kann die Reaktionskinetik verbessern und die Sauerstoff-Diffusion erleichtern.
• Schutz vor Verunreinigungen: Der Schutz des Akkus vor Feuchtigkeit und Verunreinigungen ist wichtig für die Verbesserung der Lebensdauer.
• Untersuchung verschiedener Reaktionsmechanismen: Das Verständnis der Reaktionsmechanismen und die Kontrolle der Bildung von Nebenprodukten sind entscheidend für die Verbesserung der Effizienz und Stabilität. Hier spielt auch die [[Chemie|https://de.wikiwhat.page/kavramlar/Chemie]] eine wichtige Rolle.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass Lithium-Luft-Akkumulatoren zwar ein enormes Potenzial bieten, aber noch erhebliche Forschungs- und Entwicklungsanstrengungen erforderlich sind, um sie zu einer kommerziell tragfähigen Energiespeicherlösung zu machen.