Lithium-Polymer-Akku

aus Wikipedia, der freien Enzyklopädie

Ein Lithium-Polymer-Akku (auch LiPoly oder LiPo) ist ein wiederaufladbarer Energiespeicher (Akkumulator) und eine Weiterentwicklung des Lithium-Ionen-Akkus.

Wie beim Lithium-Ionen-Akku besteht die Kathode (negative Elektrode) aus Graphit, die Anode aus Lithium-Metalloxid. Im Gegensatz dazu enthalten Lithium-Polymer-Akkus aber keinen flüssigen Elektrolyten, sondern einen auf Polymerbasis, der als feste bis gelartige Folie vorliegt. Die Komponenten des Akkus – Stromzuführung, negative Elektrode, Elektrolyt, positive Elektrode – lassen sich preiswert als Schichtfolien mit einer Dicke von weniger als 100 Mikrometer herstellen. Die Bauform der Lithium-Polymer-Akkus unterliegt praktisch keinen Beschränkungen.

Feste Elektrolyt-Folien erreichen eine ausreichend hohe Ionenleitfähigkeit erst ab einer Betriebstemperatur von rund 60 °C. In modernen Lithium-Polymer-Akkus kommt deshalb als Elektrolyt ein Gel zum Einsatz, das bereits bei Raumtemperatur seine volle Leistungsfähigkeit erreicht.

Metallisches Lithium hat mit -3,05 V den niedrigsten Wert in der Volta'schen Spannungsreihe, wodurch das höchste Potenzial zu jedem Kathodenmaterial gewährleistet ist. Die tatsächliche Spannung wird vom aktiven Anteil der Kathode bestimmt und kann zwischen 0,5 und 4,3 V liegen; die Nennspannung eines solchen Akkumulators liegt meist bei 3,7 V.

Durch seine besonderen chemischen Eigenschaften erreicht der feste Lithium-Polymer-Akku höhere Energiedichten als ein Lithium-Ionen-Akku.

Technische Daten:

• gravimetrische Energiedichte: ca. 140 Wh/kg (bis zu 180 Wh/kg Stand April 2005)
• gravimetrische Leistungsdichte: ca. 300 W/kg (bis zu 2800 W/kg Stand September 2005)

Mit diesen Werten sind Lithium-Polymer-Akkus anderen Akkutypen überlegen. Die anfangs hohen Preise durch die aufwendige Herstellung sinken wegen steigender Stückzahlen derzeit stetig. Aufgrund des hervorragenden Leistungsgewichts und der sich stetig verbessernden Belastbarkeit werden sie auch immer häufiger im Modellbau eingesetzt, etwa bei Slowflyern oder Modellhubschraubern (Seit 2004 werden elektrische Antriebssysteme mit Lithium-Polymer-Akkus auch bei der F3A-WM erfolgreich eingesetzt).

Lithium-Polymer-Akkus sind elektrisch und thermisch sehr empfindlich: Überladen, Tiefentladen, zu hohe Ströme, Betrieb bei zu hohen (größer 60 °C) oder zu niedrigen Temperaturen (kleiner 0 °C) und Lagern in entladenem Zustand schädigen bzw. zerstören die Zelle in den meisten Fällen.

Lithium-Polymer-Akkus können sich bei Überladung entzünden oder auch verpuffen – daher ist zur Ladung unbedingt ein für diesen Akku konstruiertes bzw. ein spezielles Li-Akku-Ladegerät (I/U-Verfahren) zu verwenden, siehe Artikel Lithium-Ionen-Akku.

Im Handel erhältliche Lithium-Polymer-Akkupacks für Consumergeräte enthalten bereits eine für den jeweiligen Akku entwickelte Ladeelektronik für das Zell- und Lademanagement. Das macht es aber auch nahezu unmöglich, Akkus anderer Hersteller einzusetzen oder Ersatzakkus für ein veraltetes Modell zu finden.

[Bearbeiten] Aufbau einer Handy-Akkueinheit

Das Bild links zeigt einen Lithium-Polymer Akku mit einer Nennspannung von 3,6V. Der Akku ist in die Abdeckung eines Handys integriert. Nach Entfernen der Plastikummantelung, Bild oben rechts, liegt die Ladeelektronik frei. Im Deckel des Alublocks ist eine Elektrische Sicherung gegen Überlastung integriert. Der Alublock schützt die drei Folien des Lipoly, die im unteren Bild heraus gezogen wurden.

Die Kunststofffolie (Polymer) nimmt den Elekrolyten auf. Eine Folie ist mit dem Elektrodenmaterial für den positiven Kontakt beschichtet, die andere mit Graphit für den negativen. Die zweiseitige Beschichtung verdoppelt die Kapazität beim Zusammenwickeln.

Anders als bei konventionellen Batterien richtet sich die Bauform von Lithium-Ionenakkus nach den Erfordernissen der Hersteller, nicht nach Normen. Bei einem Ausfall des Akkus muss die gesamte Akkueinheit ausgetauscht werden. Selbst wenn man die Akkueinheit öffnet, ist es unwahrscheinlich, dass die Ladeelektronik mit Ersatzakkus unbekannter Spezifikation zusammen arbeitet.