Lithium-Iod-Batterie

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Die Lithium-Iod-Batterie (Li-I2-Batterie) ist eine nicht wiederaufladbare Lithiumbatterie mit Lithium als Anode und einer Kombination basierend auf Iod und Poly-2-vinylpyridin (P2VP) als Kathode. Als fester Elektrolyt dient Lithiumiodid, das die Eigenschaft hat, Lithiumionen von der Anode zu Kathode gut leiten zu können, während es für Iodionen in umgekehrter Richtung undurchlässig ist.[1] Dieser Batterietyp wird primär im Bereich bei elektrisch betriebenen Implantaten wie Herzschrittmachern als langlebige und eigensichere Energiequelle eingesetzt.[2] Zwischen der Markteinführung 1972 und dem Jahr 1997 wurden in Herzschrittmachern 3,5 Millionen Lithium-Iod-Batterien genutzt.[3]

Eigenschaften[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Zwei Li-I2-Batterien in D-Bauform, wie sie in Herzschrittmachern eingesetzt werden

Lithium-Iod-Batterien sind Feststoffbatterien ohne flüssige Bestandteile und zeichnen sich durch eine sehr geringe Selbstentladung um 0,06 % pro Jahr aus. Die Leerlaufspannung variiert je nach Typ und liegt bei handelsüblichen Zellen für Herzschrittmacher bei 2,8 V. Die Li-I2-Zellen können aufgrund des hohen Innenwiderstandes nur geringe Entladeströme liefern, übliche Lastwiderstände liegen über 10 , die entnehmbare Leistung unter 1 mW. Die Zellen sind kurzschlussfest und es kommt in keinem Betriebsfall zu einer Gasbildung in der Zelle. Damit kann eine Leckage der Batterie sicher verhindert werden, was für Implantate ein wesentliches Kriterium ist.[4]

Reaktionen[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

An der Anode gibt das Lithiummetall Elektronen ab. Es wird zum Lithiumion Li+ oxidiert, das in den LiI-Festelektrolyten aufgenommen wird:

Anodenreaktion:

Aufgrund der Elektronenabgabe ist das der Minuspol der Batterie.

An der Kathode (Pluspol) wird das elementare oder komplex gebundene Iod reduziert, d. h., es bildet unter Aufnahme von Elektronen Iodidanionen I. Diese reagieren mit dem durch den Festelektrolyten kommenden Lithiumionen zu Lithiumiodid:

Kathodenreaktion:     bzw.    

Gesamtreaktion:      bzw.    

Historisches[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Erste Batterien mit einer festen Iodidelektrode wurden von einer Arbeitsgruppe am Jet Propulsion Laboratory (JPL) entwickelt, sie veröffentlichte ihre Ergebnisse 1967.[5] Sie verwendete aber keine Lithiumelektrode, sondern vor allem Magnesium- und Calciumanoden.[5] Die Lithium-Iod-Batterie wurde 1970/1971 von James Moser und Alan Schneider zum Patent angemeldet.[6][7]

Literatur[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Einzelnachweise[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

  1. V. S. Mallela, V. Ilankumaran, N. S. Rao: Trends in cardiac pacemaker batteries. In: Indian pacing and electrophysiology journal. Band 4, Nummer 4, 2004, S. 201–212, PMID 16943934, PMC 1502062 (freier Volltext).
  2. Curtis F. Holmes: The Lithium/Iodine-Polyvinylpyridine Battery - 35 years of Successful Clinical Use. Abgerufen am 26. August 2014 (PDF).
  3. Christian Julien: The CRC Handbook of Solid State Electrochemistry. Hrsg.: Paul J. Gellings, Henny J. Bouwmeester. CRC Press, Inc., 1997, ISBN 0-8493-8956-9, Chapter 11: Solid State Batteries, S. 386.
  4. Edward J. Prosen, Jennifer C. Colbert: A Microcalorimeter for Measuring Self-Discharge of Pacemakers and Pacemaker Power Cells. Hrsg.: Journal of Research of the National Bureau of Standards. Band 85, Nr. 3, 1980 (doi:10.6028/jres.085.010).
  5. a b Felix Gutmann, Allen M. Hermann, Alan Rembaum: Solid State Electrochemical Cells Based on Charge Transfer Complexes. In: Journal of The Electrochemical Society (JEC). Band 114, Nr. 4. The Electrochemical Society ECS, April 1966, S. 323–329, doi:10.1149/1.2426586 (abstract Online).
  6. Patent US3660163: Solid State Lithium-Iodine Primary Battery. Angemeldet am 1. Juni 1970, veröffentlicht am 2. Mai 1972, Anmelder: Catalyst Research Corporation, Baltimore, Erfinder: James R. Moser.
  7. Patent US3674562: Primary cells and iodine containing cathodes therefor. Angemeldet am 15. Januar 1971, veröffentlicht am 4. Juli 1972, Anmelder: Catalyst Research Corporation, Baltimore, Erfinder: Alan A Schneider, James R Moser.