Lithiumtitanat-Akkumulator

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Handelsüblicher Lithiumtitanat-Akkumulator (SCiB)

Der Lithiumtitanat-Akkumulator ist eine Ausführung eines Lithium-Ionen-Akkumulators, bei dem die negative Elektrode aus Graphit durch eine gesinterte Elektrode aus Lithiumtitanspinell (Li4Ti5O12) ersetzt ist. Die stärkere chemische Bindung des Lithiums im Titanat verhindert die Bildung einer isolierenden Oberflächenschicht auf der gesinterten Elektrode. Die Oberflächenschichtbildung auf der Graphitelektrode herkömmlicher Lithium-Ionen-Akkumulatoren ist einer der Hauptgründe für die Alterung.

Da das Titanat nicht mit Oxiden aus der negativen Elektrode reagieren kann, wird bei dieser Bauform das thermische Durchgehen des Akkumulators verhindert, selbst bei mechanischen Schäden. Der Lithiumtitanat-Akkumulator kann auch bei tiefen Temperaturen in einem Temperaturbereich von −40 °C bis +55 °C betrieben werden. Nachteilig ist die zum Vergleich zum Lithium-Ionen-Akkumulator geringere Leerlaufspannung von ca. 2,4 V welche zu einer geringeren Energiedichte von 30 Wh/kg bis 110 Wh/kg führt.[1] Ein weiterer Nachteil ist der hohe Herstellungspreis (Stand: 2016), der eine breite Markteinführung erschwert.[2]

Aufbau[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Die gesinterte Lithiumtitanat-Elektrode besitzt eine effektiv wirksame Oberfläche von 100 m² pro Gramm im Vergleich zu 3 m² pro Gramm einer Graphitelektrode eines herkömmlichen Lithium-Ionen-Akkumulators.[3] Dadurch können höhere Ladeströme zur Schnellladung mit einem C-Faktor im Bereich um 10 C eingesetzt werden. Die Leistungsdichte liegt im Bereich von etwa 4 kW/kg. Die Energiedichte liegt mit 70 Wh/kg bis 90 Wh/kg hingegen vergleichsweise niedrig.

Handel[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Unter dem Handelsnamen Super Charge Ion Battery (SCiB) wird unter anderem von der Firma Toshiba ein Lithiumtitanat-Akkumulator am Markt für Elektroräder angeboten.[4] Der Akkus wird unter den Namen SCiB (TM) von Toshiba in Japan angeboten und z.B. im Mitsubishi i-MiEV und im Honda Fit EV eingesetzt. Der Fit EV ist wohl nicht mehr erhältlich, der iMiEV mit SCiB Akkus nur in Japan. Weitere Anbieter sind die Firma AltairNano, welche auch mehrere Patente rund um den Aufbau und das Elektrodenmaterial hält, sowie der chinesische Hersteller Tiankang.[5]

Ein weiterer Hersteller von Li-Ti Akkus für stationären Einsatz und für den Antrieb von Schiffen ist Leclanché SA, der Lithium Titanat Oxyde Akkus mit keramischen Separatoren in Europa fertigt und einsetzt. Bei 4C Belastung werden Nutzungsdauern von über 15.000 Zyklen vom Hersteller genannt. Die Akkus dienen auch zur Energieversorgung einer Ostsee-Fähre sowie für Spezialanwendungen bei Skoda-Bussen. Eine weitere Neuentwicklung stammt von der Firma Liacon in Norddeutschland. Hier werden Li-Ti-Fe Akkus gefertigt, die hochstromfähig und kurzschlussfest sind und Zyklenzahlen von bis zu 20.000 Zyklen erreichen sollen.

Einzelnachweise[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

  1. All About Batteries, Part 12: Lithium Titanate (LTO). In: EETimes.
  2. Kouji Kariatsumari: Toshiba's New Secondary Battery Squashed ... No Explosion, Fire ... Why?. Nikkei Electronics. 12. Dezember 2007. Abgerufen am 7. Juli 2010.
  3. Duncan Graham-Rowe: Charge a battery in just six minutes. In: New Scientist. 7. März 2005.
  4. Schwinn Electric Bikes. Schwinn Tailwind electric. Abgerufen am 7. Juli 2010.
  5. Patent US7547490: High performance lithium titanium spinel Li4Ti5012 for electrode material. Veröffentlicht am 16. Juli 2009, Erfinder: Timothy Spitler, et al..