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Wie funktioniert ein Lithium-Ionen-Akku? Das Batteriebrot

BMW-Akkutechnik Generation 5
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Egal ob Elektroauto oder Plug-In-Hybrid, die aktuellen Fahrzeuge mit einem elektrischen Antrieb werden zumeist aus einem Lithium-Ionen-Akku mit entsprechender Energie versorgt. Doch wie funktioniert diese Batterietechnik überhaupt? Ein einfaches Brot hilft bei der Erklärung der technischen Zusammenhänge.

Die Lithium-Ionen-Batterie hat zwei Elektroden (Anode - positiv, normalerweise aus Graphit und Kathode - negativ, aus verschiedenen Materialien) mit einem Separator (ein Material, das Ionen, aber keine Elektronen leitet, um Kurzschlüsse zu vermeiden) in der Mitte und einem Elektrolyt, um den Fluss von Lithiumionen zwischen den Elektroden zu ermöglichen. Wenn die Batterie geladen wird, gelangen Ionen von der Kathode zur Anode. Wenn sich die Batterie entlädt, indem es zum Beispiel den Elektromotor speist, bewegen sich die Ionen in die entgegengesetzte Richtung.

Man kann sich die Batterie als in zwei Teile getrenntes Brot vorstellen: das linke ist die Kathode und das rechte die Anode. Wenn die Scheiben links leer sind, enthalten sie zwischen jeder Scheibe Lithiumionen. Wenn die Batterie geladen wird, wird jedes Lithiumion aus den Scheiben links extrahiert und durch den flüssigen Elektrolyten gedrückt. Der Separator fungiert als Kontrollpunkt und stellt sicher, dass nur die Lithiumionen in die Brotscheiben rechts gelangen. Wenn der Akku vollständig aufgeladen ist, enthalten die Scheiben auf der linken Seite keine Lithiumionen mehr. Alles wird sorgfältig zwischen die Brotscheiben auf der rechten Seite geklebt. Wenn die Batterie verbraucht ist, wandern Lithiumionen zurück nach links bis nichts mehr übrig ist. Dann muss der Akku erneut aufgeladen werden.

Die Energiekapazität der Batterie hängt im Wesentlichen davon ab, wie schnell dieser Vorgang abläuft. Die Erhöhung der Geschwindigkeit ist dabei jedoch deutlich komplizierter, als es zunächst den Anschein hat. Wenn die Lithiumionen in dem "Kathodenbrot" zu schnell bewegt werden, können die Scheiben fragmentiert werden und sich auflösen. Deshalb verschlechtert sich die Akkulaufzeit umso mehr, je häufiger wir das Smartphone, den Computer oder das Elektroauto verwenden. Jeder Lade- und Entladevorgang führt dazu, dass das Brot an der nötigen Konsistenz verliert.

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