Der
Lithium-Ionen-Akkumulator
Werner
de Ville
Vreden dep. 1898 |
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Energien |
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Einführung Elektroauto mit Lithium-Ion-Technik Der Lithium-Ionen -Akkumulator Elektroauto |
Der Lithium-Ionen-Akkumulator | |||||||||
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Hier sind die wichtigsten Aspekte unter dem Blickwinkel der Sicherheit zusammengefasst und kommentiert. Insgesamt sind für mich die Vorteile nicht groß genug, um die Risiken aufzuwiegen. Aber sehen Sie bitte selbst. Es ist klar, dass die hohe Leistung des Lithiumkonzepts es möglich gemacht hat, leistungsstärkere Autos zu bauen, aber wie gesagt, ich denke, dass wir nicht lange genug gewartet haben, um uns alle vorhandenen technischen Möglichkeiten anzusehen. Inhalt - Kommentar - Vorteile - Nachteile - Risiken durch Überhitzung der Zelle - Kontroversen - wiki-Teil "Einige elektrische Besonderheiten beachten". - part "einige Hinweise zur Verwendung beachten" from wiki - part "die Lebensdauer, Voraussetzungen" of wiki. Ich lasse die Zahlen der Referenzen mitlaufen, die sich im Text von wikipedia befinden. ____________ - Kommentar Ich liste auch die Vorteile vor den "Nachteilen" auf. Die "Nachteile" sollten in "Risiken" umbenannt werden. Hier die Auszüge aus den Risiken: "Lithium-Ionen-Akkus sollten immer mit äußerster Vorsicht behandelt werden, da diese Batterien explosiv sein können." "Wie bei allen elektrischen Akkumulatoren darf der Akku niemals kurzgeschlossen, verpolt, überladen oder das Gehäuse durchstochen werden." "Nach den US-Bundesvorschriften müssen diese Lithium-Ionen-Akkus als gesundheits- und umweltgefährdend eingestuft werden (siehe durchschnittlicher Bleigehalt von 6,29 mg/L), aber nach anderen Vorschriften (z. B. kalifornische Vorschriften) sind sie nicht als gesundheits- und umweltgefährdend einzustufen. kalifornische Vorschriften) alle getesteten Li-Ionen-Akkus aufgrund ihres überhöhten Kobalt- (durchschnittlich 163.544 mg/kg), Kupfer- (durchschnittlich 98.694 mg/kg) und Nickelgehalts (durchschnittlich 9.525 mg/kg) als gefährlich einzustufen waren und bei einigen von ihnen auch die ausgelaugten Mengen an Chrom, Blei und Thallium die kalifornischen Grenzwerte überschritten.10". - Mikroskopischer Aspekt, Auszug: "Aus Sicherheitsgründen muss ein elektronisches Schutzsystem (BMS) eingebaut werden, das ein zu tiefes Laden oder Entladen verhindert und bei Batterien, die aus mehreren in Reihe geschalteten Zellen bestehen, einen Spannungsausgleich zwischen den Zellen ermöglicht; andernfalls kann die Batterie sogar explodieren." ____________ - Meine Schlussfolgerungen: Was ich intuitiv immer am meisten gefürchtet habe, ist der Kurzschluss einer Batterie. Dabei wird im Prinzip die gesamte Energie der Batterie auf einmal freigesetzt, was meiner Meinung nach bei Benzin nicht möglich ist. Selbst Gas scheint mir handlicher zu sein, aber das ist mein persönlicher Eindruck. Will sagen, dass es für mich gegen die Speicherung von Energie zu Hause durch Batterien spricht. Es sind Vorsichtsmaßnahmen erforderlich. Die Explosionsgefahr wurde nicht unter den Risiken oder "Nachteilen" aufgeführt, sondern im Abschnitt "Mikroskopischer Aspekt" zurückgelassen. Diese Gefahr besteht nach diesem Wikipedia-Text sowohl bei der Ladung als auch bei der Entladung! Die Umweltprobleme werden auch durch die Darstellung des Gehalts an Kobalt, Nickel, Chrom, Blei und Thallium in mg (Milligramm) beschönigt! Wussten Sie, dass ein Kilogramm Lithium-Ionen-Batterie sogar 16% Kobalt enthält? Was ist mit all den anderen Metallen? Mehr als ein Viertel der Batterie besteht aus diesen Metallen mit verschiedenen Risiken! Ich wusste das nicht! Im letzten Moment versuchen wir, ein wenig Würde zurückzugewinnen, indem wir die Worte "ihr übermäßiger Kobaltgehalt" verwenden, aber wer liest das schon, wenn es mitten in einem großen Absatz steht? Und der Brand eines Elektroautos mit Lithium-Ionen-Akkus scheint ein umweltschädliches Ereignis ersten Grades zu sein. Lesen Sie den Bericht über den Brand eines Elektroautos mit Lithium-Ionen-Akkus, einen Text von Sara Bennett Lightfight. ______________ - Vorteile Sie verfügen aufgrund der physikalischen Eigenschaften von Lithium über eine hohe Energiedichte (Energiemassendichte 100 bis 265 Wh/kg oder 0,36 bis 0,95 MJ/kg, Energiedichte 250 bis 620 Wh/L oder 900 bis 1900 J/cm3, Leistungsmassen 300 bis 1500 W/kg und 285 Wh/L). Diese Akkumulatoren werden daher häufig im Bereich der eingebetteten Systeme eingesetzt. Sie weisen im Gegensatz zu Akkumulatoren auf Nickelbasis keinen Memory-Effekt auf. Sie haben eine geringe Selbstentladung. Sie sind wartungsfrei. Sie können eine höhere Sicherheit als reine Lithiumbatterien ermöglichen, benötigen aber immer noch eine Schutzschaltung und ein Lade- und Entladungsmanagement. ______________ - Nachteile Die Art der Entladezyklen: Diese Batterien erhalten ihre Kapazität
besser, wenn sie aus einem teilentladenen Zustand wieder aufgeladen
werden, als wenn sie vollständige Entlade-/Aufladezyklen durchlaufen8. Lithium-Ionen-Zellen werden konstruktionsbedingt passiviert (Erzeugung
von SEI für solid electrolyte interphase, während der elektrischen
Formierungsphase9), um sie vor Selbstentladung während der Lagerung und
vor Korrosion zu schützen. Diese Passivierung kann jedoch Nachteile
haben, da sie durch die Erhöhung des Innenwiderstands der Zelle einen
Spannungsabfall bei der Verwendung (zu Beginn des Anlegens der Ladung)
erzeugt. Dies ist umso spürbarer, je höher der Strom ist, den die
Nutzung erfordert, was zum Eingreifen der Schutzschaltung führen kann,
die dann den Stromkreis unterbricht, wenn die Spannung pro Element
unter 2,5 V sinkt. Dieser Widerstand der Passivierungsschicht nimmt mit
der Dauer und der Temperatur der Lagerung zu (hohe Temperaturen erhöhen
die Passivierung). Andererseits wird dieser Effekt verstärkt, wenn die
Entladungstemperatur niedrig ist, und nimmt mit den Nutzungszyklen zu.
Die Stärke dieses Phänomens hängt jedoch auch vom chemischen Design ab,
das bei den verschiedenen Herstellern nicht gleich ist. Es kann zu einem Kurzschluss zwischen den beiden Elektroden durch
dendritisches Wachstum von Lithium kommen. Wie bei allen elektrischen Akkumulatoren darf der Akku niemals kurzgeschlossen, verpolt, überladen oder das Gehäuse durchstochen werden. Um Probleme zu vermeiden, sollten Akkus immer mit einer
Schutzschaltung, einem Regelkreis (BMS - Battery Management System),
einer Thermosicherung und einem Sicherheitsventil ausgestattet sein. - Risiken durch die Überhitzung von Elementen Mehrere Hersteller wie Nokia und Fujitsu-Siemens haben ein Programm zum Austausch von Batterien gestartet, nachdem es bei einigen von ihnen verkauften Batterien zu Überhitzungsproblemen gekommen war11, 12, 13. Im Jahr 2016 musste der Mobilgerätehersteller Samsung sein Galaxy Note 7 aufgrund mehrerer Fälle von Feuer und Explosionen zurückziehen14. _____________ - Kontroversen (Text aus Wikipedia, dient dazu, einen Überblick über die große Datenmenge zu gewinnen). Li-Ionen-Akkus werden aufgrund ihres geringen Gewichts, ihrer hohen Energiedichte und ihrer relativ langen Lebensdauer häufig in tragbaren elektronischen Geräten, Elektroautos und anderen Geräten eingesetzt. Allerdings sind sie auch Gegenstand einiger Kontroversen. Beispielsweise können Li-Ionen-Batterien anfällig für Überhitzung und Brände sein, was für die Nutzer und Besitzer dieser Geräte gefährlich sein kann. Darüber hinaus kann die Herstellung von Lithiumbatterien giftige Abfälle und Treibhausgasemissionen verursachen, was sich negativ auf die Umwelt auswirken kann15. Darüber hinaus kann die Gewinnung einiger der bei der Herstellung von Lithiumbatterien verwendeten Materialien, wie Lithium und Kobalt, mit fragwürdigen Arbeitspraktiken und Umweltproblemen verbunden sein. ____________ - Beachten Sie die elektrischen Besonderheiten. Die Ladeschlussspannung, die "nie" überschritten werden sollte, liegt bei 4,1 bis 4,2 V pro Zelle. Die Entladespannung sollte nie unter 2,5 V sinken. Mit einem geeigneten hochwertigen Ladegerät und einem Batteriemanagementsystem (BMS) werden diese Anforderungen normalerweise eingehalten. _______________ - Beachten Sie einige Hinweise zur Verwendung. Quelle 21. Vermeiden Sie die Erhitzung des Akkus : Lagerung 23. _______________ - Lebensdauer, Voraussetzungen Wenn die Bedingungen für das Laden und Entladen genau eingehalten werden, können diese Akkus bei "Verbraucherprodukten" (Elektrofahrräder, Smartphones, Kameras) fünf bis sechs Jahre und bei Industrieprodukten mehr als zehn Jahre halten. |
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