Lithium-Luft-Batterie

Der Lithium-Luft-Akkumulator ist ein wiederaufladbarer Lithiumakkumulator mit 2,96 V Zellspannung. Seit Jahren sind mehrere mögliche Ausführungsformen Thema von Forschungsarbeiten – jüngst erst in Science. Der Grund: die theoretisch hohe spezifische Energie von 11,14 kWh/kg  – 10- bis 20-fach höher als herkömmliche Lithiumionenakkus.
Funktion: Bei der Entladung wird an der negativen Elektrode aus metallischen Lithium unter Abgabe eines Elektrons ein positives Lithiumion über den Elektrolyten an die positive Elektrode abgegeben, wohin das Elektron über einen äußeren Leiter gelangt. In Gegenwart von Lithiumionen wird der Sauerstoff (O2) reduziert, wobei zunächst Lithiumperoxid (Li2O2) und danach Lithiumoxid (Li2O) entsteht. Bei der Ladung des Akkumulators kehrt sich dieser Vorgang um: An der positiven Elektrode wird Sauerstoff (O2) abgegeben, an der negativen Elektrode metallisches Lithium abgeschieden. Die positive Elektrode ist als mesoporöser Kohlenstoff aufgebaut und ist am elektrochemischen Prozess nicht direkt beteiligt. Der Kohlenstoff dient als elektrischer Leiter und Anschluss, die mesoporöse Struktur zur Maximierung der Oberfläche um die Reduktion des Sauerstoffs und den Zutritt der Lithiumionen zu erleichtern. Die negative Elektrode besteht aus einem Block aus metallischen Lithium. Zwischen den beiden Elektroden befindet sich ein fester oder flüssiger Elektrolyt.
Technische Schwierigkeiten
verschiedener Art beschränken Lithium-Luft-Batterien (noch) weitgehend  auf Forschungstätigkeiten.

  • Verstopfung der mesoporösen C-Elektrode reduziert die Kapazität.
  • Wirkungen der Porengröße und deren Verteilung im Kohlenstoff nicht vollständig verstanden.
  • Sauerstoffentnahme aus der Umgebungsluft kann durch Luftfeuchtigkeitdie galvanische Zelle beeinträchtigen. Hermetischer Abschluss senkt hohe spezifische Energie, da Reservoir für Sauerstoff mitgerechnet werden muss.
  • Ungewolltes Kristallwachstum und Ausbildung sogenannter Dendriten an der metallischen Lithiumelektrode können zu inneren elektrischen Kurzschlüssen im Akkumulator führen.

Angesichts dieser Schwierigkeiten sehen viele Batterieforscher keine Einsatz-Chance für Lithium-Luft-Battereien beispielsweise in Elektrofahrzeugen. Viele Forscher betrachten sie gar als hoffnungslos.

->Quelle: de.wikipedia.org