Auf der Basis einer wiederaufladbaren Lithium-Metall-Batterie mit einem neuen Funktionsprinzip (FORTU-Zellen) können Zellen mit sehr hohem Energieinhalt pro Masse und Volumen hergestellt werden. Die FORTU-Zellen bestehen aus anorganischen Komponenten. Die Konkurrenzsysteme enthalten alle in mehr oder weniger großen Mengen organische Bestandteile. Nichtbrennbare anorganische Stoffe sind insbesondere aus sicherheitstechnischen Aspekten, speziell für den Bereich der Elektrofahrzeuge, von besonderem Vorteil gegenüber organischen Substanzen. Als positive Masse findet eine Interkalationselektrode, vorgestellt am Beispiel von Lithiumkobaltdioxid, Verwendung. Beim Laden werden reversibel Lithiumionen aus dem Wirtsgitter ausgelagert, während Kobalt (III) zu Kobalt (IV) oxidiert wird. Die ausgelagerten Lithiumionen wandern während des Ladens zur negativen Masse, die aus einem Nickelsubstrat besteht, worauf massives metallisches Lithium reduktiv abgeschieden wird. Beim Entladen wird das metallische Lithium wieder aufgelöst. Im Gegensatz zum Li-Ionen-System wird kein Kohlenstoff-Wirtsgitter benötigt. Dieser Verzicht auf inaktive Masse ermöglicht somit auch höhere Energiedichten. Die Elektrolytlösung basiert auf einem Solvat von Lithiumtetrachloroaluminat und Schwefeldioxid. Diese hat bei Raumtemperatur einen niedrigen Schwefeldioxid-Dampfdruck von ca. 20 mbar und besitzt eine hohe Leitfähigkeit von über 40 mS/cm. Alle Komponenten der Zelle sind gegenüber der Elektrolytlösung chemisch stabil; insbesondere Lithium bildet eine passivierende ionendurchlässige Deckschicht aus. Der Zusammenbau der Vollzellen erfolgt im entladenen Zustand. Dies bietet den Vorteil, dass Lithium nicht als reaktives Metall im Herstellungsprozess zu verarbeiten ist, sondern in ionischer Form im Lithiumkobaltdioxid vorliegt. Der gravimetrische und volumetrische Energieinhalt der FORTU-Zelle liegt bei 200 Wh/kg und bei 500 Wh/l. Damit besitzt sie die weltweit höchste gravimetrische und volumetrische Leistungsdichte für bei Raumtemperatur betriebene wiederaufladbare Batteriesysteme. Das System ist schnellentlade- und auch schnellladefähig.
Entwicklungschancen der Lithium-Metall-Batterie
1999
8 Seiten, 1 Tabelle, 2 Quellen
Conference paper
German
Entwicklungschancen der Lithium Metall Batterie
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