Lithium-Polymer-Batterien
Das trockene Polymer Design bietet Erleichterungen im Hinblick auf Fertigung, Robustheit, Sicherheit und schlanker Geometrie. Mit Zellen, die bis zu 1mm dünn sein können, haben Design-Ingenieure alle Freiheiten hinsichtlich Form und Größe.
Leider hat das trockene Litium-Polymer nur wenig Leitfähigkeit. Der interne Widerstand ist zu hoch und kann nicht den Stromimpuls liefern, der bei modernen Kommunikationsgeräten und beim Starten der Hardware von mobilen Computern benötigt wird. Wenn die Zelle auf 60°C (140°F) und mehr erwärmt wird, erhöht sich zwar die Konduktivität, das ist aber unpraktikabel für tragbare Geräte. Um einen Kompromiss zu finden, wurden auch gelierte Elektrolyte hinzugefügt. Kommerzielle Zellen verwenden einen Separator/eine elektrolytische Membran aus herkömmlichem porösen Polyethylen oder Polypropylen gefüllt mit Polymer, welches beim Füllen mit flüssigen Elktrolyten geliert. Trotzdem sind die kommerziellen Lithium-Ion-Polymer Zellen in Chemie und Material ihrem Pendant mit flüssigen Elektrolyten sehr ähnlich.
Lithium-Ion-Polymer hat sich nicht so schnell durchgesetzt wie einige Analysten es erwartet hatten. Seine Überlegenheit anderen Systemen gegenüber und niedrige Fertigungskosten wurden noch nicht realisiert. Verbesserungen bei der Kapazität wurden nicht erzielt – tatsächlich ist die Kapazität etwas kleiner als die einer Standard Lithium-Ionen Batterie. Lithium-Ion-Polymer findet seine Marktnische in hauchdünnen Designs, wie z.B. Batterien für Kreditkarten oder ähnlichen Anwendungen.
Lithium Polymer Advantages
- Sehr dünnes Profil – Batterien, die wie eine Kreditkarte aussehen – sind machbar.
- Flexibler Formfaktor – Hersteller sind nicht an standardisierte Zellformate gebunden. In großen Mengen kann jegliche realistische Größe ökonomisch produziert werden.
- Leichtgewicht – gelierte Elektrolyte ermöglichen einfache Verpackung, da es keine Metallfassung gibt.
- Verbesserte Sicherheit – resistenter gegen Überladung; geringere Gefahr dass Elektrolyten austreten
Limitations of Lithium-Polymer Battery Technology
- Geringere Energiedichte und verminderte Zyklusanzahl verglichen mit Lithium-Ion.
- Teure Produktion.
- Keine Standardgrößen. Die meisten Zelle werden für hochvolumige Verbrauchermärkte produziert.
- Höhere Kosten-zu-Energieeffizienz Rate als Lithium-Ion.
Einschränkungen für Lithium bei Flugreisen
Flugreisende stellen die Frage: „Wieviel Lithium darf in einer Batterie sein, die ich mit an Bord nehme?“ Wir unterscheiden zwischen zwei Batterietypen: Lithium Metall und Lithium-Ion. Die meisten Lithium Metall Batterien sind nicht wiederaufladbar und werden in Filmkameras verwendet. Lithium-Ion Akkus sind wiederaufladbar und versorgen Laptops, Handys und Camcorders mit Strom. Beide Batterietypen, inklusive Ersatzbatterien sind im Handgepäck erlaubt, aber dürfen folgende Werte des Lithiumanteils nicht überschreiten:
- 2 gr für Lithium Metall oder Lithium legierte Batterien
- 8 gr für Lithium-Ion Batterien
- Lithium-Ion Batterien, die 8 gr überschreiten, aber nicht mehr als 25 gr dürfen im Handgepäck bleiben, wenn sie einzeln so geschützt sind, dass Kurzschlüsse vermieden werden. Nur zwei Ersatzbatterien pro Person dürfen in diesem Fall mitgeführt werden.
Wie finde ich den Lithiumanteil einer Lithium-Ion Batterie heraus?
Theoretisch gibt es kein metallisches Lithium in einer typischen Lithium-Ionen Batterie. Es gibt allerdings gleichwertigen Lithiumanteil, der berücksichtigt werden muss. Für eine Lithium-Ion Zelle wird zur Kalkulation die Bemessungskapazität (in Ampere-Stunden) mal 0.3 genommen.
Beispiel: Eine 2Ah 18650 Li-Ion Zelle hat 0.6 gr Lithiumanteil. Bei einem typischen 60 Wh Laptop Akku mit 8 Zellen (4 in Serie und 2 parallel), addiert sich das auf 4.8 gr. Um unter der 8 gr UN Grenze zu bleiben, kann die größte Batterie, die man an Bord bringen darf, 96Wh sein. Dieser Pack könnte 2.2Ah Zellen in einer 12-Zellen Konfiguration (4S3P) beinhalten. Wenn stattdessen 2.4Ah Zellen verwendet würden, dürfte das Pack nur 9 Zellen (3S3P) haben.
Einschränkungen beim Transport von Lithium-Ion Akkus
Jeder, der Lithium-Ion Akkus als Bulkware verschickt, ist verantwortlich dafür die Transportbestimmungen zu erfüllen. Dies gilt für inländische und internationale Lieferungen via Land, See und Luft. Lithium-Ion Zellen, deren entsprechender Lithium Anteil 1.5 Gramm oder 8 Gramm pro Akkupack übersteigt, müssen als „Klasse 9 - Verschiedene gefährliche Stoffe“ deklariert werden. Die Zellkapazität und die Anzahl der Zellen im Pack bestimmen den Lithium Anteil.
Ausnahmen gibt es für Akkupacks, die weniger als 8 Gramm Lithiumanteil vorweisen. Wenn allerdings eine Lieferung mehr als 24 Lithium Zellen oder 12 Lithium-Ion Akkupacks enthält, wird eine besondere Kennzeichnung und spezielle Lieferdokumente gefordert. Jede Verpackung muss kenntlich gemacht werden, dass sie Lithium Batterien enthält.
Alle Lithium-Ion Batterien müssen entsprechend den UN 3090 Anforderungen getestet werden, unabhängig vom Lithium Anteil (UN Handbuch der Prüfungen und Kriterien, Teil III, Unterabschnit 38.3). Diese Sicherheitsvorkehrung gewährleistet, dass keine fehlerhaften Batterien transportiert werden.
Zellen und Batterien müssen getrennt werden, um Kurzschlüsse zu vermeiden und sie müssen in stabile Kartons verpackt werden.
Typische Anwendungsbereiche für Lithium-Polymer Akkupacks
Tragbare medizinische Geräte
- Infusionspumpen
- Tragbare Röntgenapparate
- Atemgeräte
- Defibrilatoren
- Chirurgische Instrumente
- Patientenüberwachungsgeräte
- Motorisierte Betten und Wagen
- Muskelstimulatoren
Tragbare elektronische Geräte
- Tragbare Drucker
- Messgeräte
- Datenspeichergeräte
- Gasdetektoren
- Digitale Aufzeichnungsgeräte
Schutz und Sicherheit
- Nachtsichtgeräte
- Überwachungsanlagen
- Wärmebildgeräte
- Tragbare Gasdetektoren
- Atemgeräte
- Personen-Notsignal-Geräte
Militär
- Robuste tragbare Kommunikationsgeräte
- Robuste Computer
- Elektrische Werkzeuge
- Messgeräte und Laser
- Konstruktions-/Montagegeräte
IT
- Handys
- Mobile elektronische Geräte
- Mobile industrielle Computer