Lithium-Ionen-Akkus sind überall, selbst in manchen Campervans versorgen sie den Van mittlerweile mit Power. Was genau ist aber ein Ion? Und was passiert in einer Lithium-Ionen-Batterie? Timo Großhans ist dem auf die Spur gegangen und erklärt die wichtigsten Fakten zum Thema: Was ist ein Ion?
Antriebsspeicher der Elektromobilität
Fuß aufm Gas. Noch spritzt Diesel in die Brennräume und entzündet sich. Im Kopf zucken Neuronen, denken über Elektronen und Ionen nach. Der Mensch denkt, auch wenn er fährt, und anders, als wenn er nicht fährt.
Bei langen Fahrten kommt man in so eine Art Trance. Und dann gelingt das Denken besser, weil die Ablenkung geringer ist, auch wenn es der Aufmerksamkeit auf die Straße bedarf. Letztens war ich lange im Van unterwegs und habe einen Podcast entdeckt.
"Geladen" heißt der und beschäftigt sich mit modernen Batterien. Da erzählen Professoren und sonstige Forscher vom Stand der Dinge bei der Elektromobilität, was angenehm ist, weil hier alles so schön unpolitisch, unaufgeregt bei der Realität bleibt und wenig emotional aufgeladen ist. Und dabei ist mir aufgefallen, dass mich Chemie früher überhaupt nicht interessiert hat und ich gar nicht weiß, was ein Ion genau ist. Weil aber Lithium-Ionen-Akkus als Antriebsspeicher voll im Trend liegen, wäre es ganz gut, es zu wissen.
Atom und Ion
Es ist auch ganz einfach: Ein Atom hat einen Kern aus Protonen und Neutronen und drumherum fliegen negativ geladene Elektronen. Es gibt dann genauso viele positive Protonen wie Elektronen, damit die Ladung in der Balance ist. Wenn nun ein Elektron weniger da ist oder eines zu viel, nennt man das Ding Ion.
Die Frage: Wat is en Ion? (frei nach Bömmel, der die Dampfmaschine erklärt), sei hiermit fürs Erste ausreichend geklärt. Lädt man eine Batterie, werden Elektronen durch die Spannungsquelle gejagt und die Ionen durchs Innere der Batterie. Die verbinden sich wieder an der Anode, und das ist dann, wie wenn Wasser wo hochgepumpt wurde. Lässt man’s zurücksausen, dreht’s zum Beispiel ein Mühlrad. In unserem Fall halt vier Räder aus Gummi.
Das ist ein Ion
- Links ist ein neutral geladenes Atom
- Rechts oben ist ein positiv geladenes Ion
- Rechts unten ist ein negativ geladenes Ion
So funktionieren Lithium-Ionen-Akkus
Beim Betrieb eines Akkus werden Elektronen in die Aktivmaterialien ein- und ausgeleitet. Die Aktivmaterialien wechseln sich in dünnen Schichten ab, jeweils getrennt von einem für Ionen durchlässigen Separator.
- (Türkis) Positive Elektrode: (Kathode) enthält Lithium-Metalloxide, z. B. Nickel, Mangan und Kobalt (NMC)
- (Rot) Negative Elektrode: (Anode) besteht aus Grafit
- (Blau) Trennschicht: (ionendurchlässig)
Was passiert beim Laden und Entladen eines Lithium-Ionen-Akkus
- Beim Ladevorgang wandern Lithium-Ionen zur negativen Elektrode. Dort speichern sie Elektronen aus einer externen Stromquelle.
- Beim Entladevorgang gibt Lithium in der negativen Elektrode Elektronen ab. Diese können einen externen Verbraucher betreiben.
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