Lithium-Eisenphosphat-Batterie: LiFePo4

Eine Lithium-Eisen-Batterie ist eine Lithium-Ionen-Batterie, die verwendet Eisenphosphat (LiFePO4) als Kathodenmaterial. Doch zunächst müssen wir verstehen, was eine Lithiumbatterie ist, um eine bessere Vorstellung von den Vorteilen einer LiFePo4-Batterie zu bekommen.

Lithium-Ionen-Batterien (oder einfach Lithiumbatterien) sind Batterien, die Lithium-basiertes Material als Kathode und eine Vielzahl anderer Materialien (am häufigsten Graphit) als Anode verwenden. Aufgrund ihres geringen Gewichts, ihres kleinen Formfaktors und ihrer langen Batterielebensdauer sind diese Batterien häufig in tragbaren Geräten wie Mobiltelefonen, Digitalkameras und anderen zu finden.

Lithiumbatterien haben den Vorteil, dass sie Lithium verwenden, das am leichtesten oxidierbare Element. Das bedeutet, dass es leicht ein Elektron abgeben kann, das dann vom Schaltkreis zur Selbstversorgung verwendet wird. Je leichter einer Batterie Elektronen entnommen werden können, desto effizienter ist sie und desto langlebiger ist sie. Darüber hinaus ist Lithium das leichteste bekannte Metall, daher ist es tragbar und das Material lässt sich leicht formen.

Lithium allein kann nicht als Kathode verwendet werden, da es so reaktiv ist, dass es mit Nichtmetallen in der Umwelt sofort ein Salz bilden würde. Dies lässt sich am besten daran erkennen, dass Lithium in der Natur weder in nativer noch in elementarer Form vorkommt. Häufiger kommt es in Form von Lithiumchlorid und anderen Halogenidsalzen vor. Darüber hinaus entzündet sich natives Lithium spontan und reagiert sogar heftig mit Wasser, was eine Lagerung unter Öl erforderlich macht.

Das bedeutet, dass Lithiumverbindungen verwendet werden müssen, um Lithium als Kathode zu haben. Diese Verbindungen müssen bei der Zersetzung Ionen erzeugen und eine leicht reversible Reaktion aufweisen, damit sie als wiederaufladbare Batterie verwendet werden können.

Ein gutes Beispiel für eine verwendete Lithiumverbindung ist Lithiumeisenphosphat (LI). LI-Batterien wurden 1996 an der University of Texas als kostengünstige Möglichkeit zur Herstellung von Lithiumbatterien entwickelt. Es ist günstig, da Eisen, der „Partner“ von Lithium, relativ häufiger vorkommt als andere Metalle, die zur Herstellung von Lithiumverbindungen für Batterien verwendet werden. Es hat den Vorteil, dass es bei Lithiumbatterien eine langsamere Entladerate gibt, was eine längere Haltbarkeit bedeutet.

Wie zu beobachten ist, entstehen bei der Reaktion Lithiumionen und Eisen(III)phosphat (FePO4). Eisen(III)-phosphat oder Eisenphosphat ist im Gegensatz zur anderen Form, nämlich Eisen(II)-phosphat (Fe3(PO4)2), ungiftig. Tatsächlich wird Eisenphosphat als Eisenpräparat für den Menschen verwendet, was beweist, dass es für den menschlichen Verzehr unbedenklich ist. Dies ist der Hauptgrund, warum Lithiumeisenphosphat gegenüber anderen Lithium-basierten Batterien bevorzugt wird. Andere Lithium-Ionen-Batterien, wie etwa die gebräuchlicheren Lithium-Kobalt-Batterien, produzieren giftigere Kobaltoxidverbindungen.

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