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3.4 Elektrolyte

Der Elektrolyt hat im System die Aufgabe den Ionenfluss sicherzustellen. Er muss dazu Kontakt zu den Elektodenoberflächen haben und den Separator durchdringen. Natürlich muss der Elktrolyt sich in dem Spannungsbreiche der Zelle plus einer Reserve, also bis zu 4,5 V stabil verhalten. Es darf keinesfalls zu  Zersetzungsreaktionen des Elektrolyten kommen. Ebenfalls muss diese Stabilität über den gesamten Temperaturbereich für welchen die Zelle spezifiziert ist garantiert sein. Meist sind hier -45° C bis +80° C anzusetzen. Es werden drei Formen des Elektrolyten unterschieden:

  • flüssig, meist organischer Elektrolyt aus einem lithiumhaltigen Leitsalz mit nichtwässrigem Lösungsmittel (z.B. Kohlensäuresester wie Ethylencarbonat oder Propylencarbonat)
  • polymerisiert, meist verbunden mit geringer Leitfähigkeit
  • fest, kaum eingesetzt, da die Leitfähigkeit zu gering ist und die Einbringung in die Zelle sehr schwierig ist

In der Praxis wird als Leitsalz i.a.R. Lihtiumhexafluorophosphat Li+[PF6] eingetzt. Der größte Nachteil dieser Substanz ist, dass im Brandfall giftiges Fluor als Gas frei wird, welches beim Kontakt mit (Lösch-)Wasser ebenfalls giftige Flusssäure bildet. Daher würde man diese Substanz gerne Substituieren. In der Praxis finden sich kaum andere Leitsalze mit annhähernd gleichen Eigenschaften.

 

 

Eine weitere Funktion des Elektrolyten ist dei Bildung der sogenannten SEI…

In geeigneten Elektrolyten bildet sich eine für Elektronen isolierende Deckschicht auf der Anode aus, die
sogenannte Solid Electrolyte Interphase (SEI), die die Anode vor der korrodierenden Elektrolytlösung
schützt und gleichzeitig für Lithium-Ionen durchlässig ist. Diese Schicht ist essentiell für den Einsatz von Lithium
bzw. Lithium-Ionen-Einlagerungsverbindungen in Primär- und Sekundärzellen. An der positiven
Elektrode wird in diesem Zusammenhang eher von einer Conductive Interphase gesprochen. Die Leistungsfähigkeit
und Alterung einer Zelle ist abhängig von der Stabilität der SEI. Durch Lade- und Entladeprozesse
wächst die Schicht und dadurch auch der Widerstand in der Zelle. Damit sind ein Verlust von
Lithium-Ionen bzw. Kathodenmaterial und Elektrolyt und eine entsprechende Verringerung der Zellspannung
und Ladungsmenge12 (Ah) verbunden. Um dies zu vermeiden, wird in der Regel ein Überschuss an
Elektrolyt und Kathodenmaterial in der Zelle genutzt.13
10

 

 

Lithium Ionen Akkus:

WCA finden auch in Lithiumionen Akkus Verwendung. Zur Zeit

besteht ein solches System für gewöhnlich aus Li+[PF6]- in

Ethylencarbonat, oder Propylencarbonat. Die

Batteriespannung könnte mit Hilfe von Anionen erhöht werden,

die mit Li -Ionen stabile Lösungen bilden. Diese Substanzen

sollten möglichst ungiftig, hydrolysestabil und günstig

Herzustellen sein. Mögliche Kandidaten für WCA´s in

Lithiumionen-Akkus sind z.B. [(F4-x)B(CF3)x]- (x=2, 3, 4); [B(ArF)4]- ; Lithium Ionen Akkus:

WCA finden auch in Lithiumionen Akkus Verwendung. Zur Zeit

besteht ein solches System für gewöhnlich aus Li+[PF6]- in

Ethylencarbonat, oder Propylencarbonat. Die

Batteriespannung könnte mit Hilfe von Anionen erhöht werden,

die mit Li -Ionen stabile Lösungen bilden. Diese Substanzen

sollten möglichst ungiftig, hydrolysestabil und günstig

Herzustellen sein. Mögliche Kandidaten für WCA´s in

Lithiumionen-Akkus sind z.B. [(F4-x)B(CF3)x]- (x=2, 3, 4); [B(ArF)4]- ;