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BlueZERO, Brennstoffzelle, E-Mobilität, Elektroantrieb, Elektroauto, Elektromotor, Hybridmotor, Nachhaltigkeit, Tags: Batterie

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Die Lithium-Ionen-Batterie

Schlüssel für die Mobilität der Zukunft
Bild des Benutzers Andreas_Redakteur
Von Andreas_Redakteur
Geschrieben am 17.12.10
Die entscheidende Voraussetzung für die dauerhafte Elektrifizierung von Fahrzeugen ist ein leistungsfähiger, sicherer und zuverlässiger Energiespeicher. Deshalb entwickelt Daimler modernste Lithium-Ionen-Batterien.

Die Batterie ist das Herzstück eines Elektroautos. Sie bestimmt im Wesentlichen das gesamte elektrische System im Auto mit. Neben einer hohen Speicherkapazität muss sie deshalb auch eine lange Lebensdauer mit sich bringen sowie Crash-sicher und recyclingfähig sein. All diese Voraussetzungen erfüllt die neue Lithium-Ionen-Batterie. Sie soll ab 2012 serienmäßig sowohl für Hybrid- als auch für Brennstoffzellen- und reine Elektrofahrzeuge produziert werden. Damit wäre Daimler der weltweit erste Automobilhersteller.

 

Wie funktioniert eine Lithium-Ionen-Batterie?

Die Zellen der Lithium-Ionen-Batterie bestehen aus drei Hauptkomponenten. Zwei davon, nämlich die Elektroden, sollten dir schon von der Brennstoffzelle bekannt sein. Auch in der Batterie gibt es eine positiv geladene Elektrode (Kathode) aus einem Lithium-Metalloxid und eine negativ geladene Elektrode (Anode) aus Graphit, aus dem zum Beispiel auch die Mine deines Bleistifts besteht. Dazwischen befindet sich eine Trennmembran, die nur Lithium-Ionen durchlässt. Lithium ist ein Leichtmetall, das vor allem in Gesteinen vorkommt. Die Ionen wandern beim Laden mithilfe eines Ionenleiters (Elektrolyt) von der Kathode zur Anode. Beim Entladen wandern die Lithium-Ionen wieder zurück zur Kathode. Dabei wird elektrische Energie freigesetzt, mit der dann der Elektromotor versorgt wird.

 

Ab sofort Realität im Straßenverkehr

Im Prinzip können Elektroautos an jeder normalen Haushaltssteckdose aufgeladen werden. Um aber eine flächendeckende und flexible Stromversorgung zu bieten, sind darüber hinaus öffentlich zugängliche Ladestationen erforderlich. Aus diesem Grund hat Daimler 2008 in Kooperation mit dem Energiekonzern RWE „e-mobility Berlin“ ins Leben gerufen. Im Rahmen dieser Initiative werden die Bedingungen für emissionsfreies Fahren mit batteriebetriebenen Antrieben geschaffen: RWE stellt 500 Stromladestationen, Daimler 100 Elektro-smarts zur Verfügung. Das Ziel dieses Konzepts ist es, die Alltagstauglichkeit des Elektroautos für die Zukunft zu testen. Das Berliner Projekt ist ein Meilenstein für die Zukunft der Elektro-Mobilität und Auftakt zu ähnlichen „e-mobility“-Projekten, die Daimler 2010 in Rom, Mailand und Pisa durchführen wird. Insbesondere in urbanen Zentren, wo Einfahrtbeschränkungen und Umweltzonen mittlerweile keine Ausnahme mehr darstellen, spielen lokal emissionsfreie, leise und hoch effiziente Fahrzeuge in Zukunft eine wichtige Rolle.

Eine Batterieladung genügt schätzungsweise für bis zu 135 Kilometer. Bei einer für Ballungsräume ermittelten durchschnittlichen Fahrleistung von rund 40 Kilometern pro Tag sind Elektroautos also auf jeden Fall alltagstauglich. Ist die Batterie leer, kann sie an jeder Steckdose wieder aufgeladen werden – und das mindestens 1.000 Mal. Das entspricht einer Lebensdauer von rund zehn Jahren.

 

Nachhaltige Mobilität hoch 3

Neben dem smart fortwo electric drive fertigt Daimler seit 2010 zwei weitere Elektrofahrzeuge in Kleinserie an – natürlich ausgestattet mit einer Lithium-Ionen-Batterie: die Mercedes-Benz A-Klasse E-Cell sowie den Mercedes-Benz SLS AMG E-Cell.

Das Konzept von Daimler für nachhaltige Mobilität BlueZERO gibt mit drei unterschiedlichen Antriebstechniken einen konkreten Ausblick auf die umweltverträgliche und dabei uneingeschränkt alltagstaugliche Elektromobilität bei Mercedes-Benz. Neben dem BlueZERO E-Cell, der rein batterieelektrisch betrieben wird und eine Reichweite von bis zu 200 Kilometern besitzt, stehen der BlueZERO F-Cell mit Brennstoffzelle und einer Reichweite von rund 400 Kilometern sowie der BlueZERO E-Cell Plus mit Hybridmotor von bis zu 600 Kilometern Reichweite. Der Hybridantrieb verbindet hierbei einen Verbrennungsmotor für Langstrecken mit einem Elektromotor, mit dem das Auto in der Stadt fast ausschließlich elektrisch und ohne lokale Emissionen fahren kann.

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Kommentare

Bild des Benutzers Valler
Valler

hallo, ich hab da eine frage zum Ladevorgang der Li-ionen-batterie, und zwar finde ich immer nur raktionsgleichungen in denen "Li(1-x)MO(2)" vorkommt. Bedeutet das, dass am Pluspol des Akkumulators auch im geladenen Zustand Lithium ist? Und wie ist das mit dem Leitsalz im Elektrolyt, da ist auch Li drin, liegt das daran dass sich das Li an das Salz bindet und so LiPF6 entsteht oder wird das Lithium durch das LiPF6 gelöst?

| Montag, 25. April 2011 - 13:53

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Bild des Benutzers Andreas_Redakteur
Andreas_Redakteur

Meine Rechereche hat folgendes ergeben:
Antwort auf die Frage 1, Schreibweise der Umsatzgleichung und Li+

Jede chemische Reaktionsgleichung beschreibt immer
ein Gleichgewicht von Vorwärts- und Rückwärtsreaktion
für ein mol Substanz, d. h. für 6,022 * 10 hoch 23 Atome
oder Moleküle.

6 022 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000

Davon reagieren niemals alle schnell zum Produkt.

Bei Reaktionen in Festkörpern, wie beim Lithiumionen-Akku
ist es schwierig zu analysieren, was da
mengenmäßig genau abläuft. Darum tritt in den
Formelgleichungen dieser Summand -x auf.

Ein einzelnes Li+ ist nur 60 pm groß
(0,000 000 000 060 m) und braucht sicher einige Zeit
um durch die verschiedenen Schichten von der Anode
zur Kathode zu wandern. Also sind in der Nähe der
Anode auch Li+ zu finden. Nur Elektronen wandern
sehr schnell.

Antwort auf die Frage 2, wie wandert das Li+ im Elektrolyten

Li+ wandert nicht nackt durch den Elektrolyten sondern
lagert durch elektrostatische Anziehung Lösmittelmoleküle
um sich. Wenn es ein Anion findet bleibt es am liebsten
bei dem in der Nähe. Das elektrische Feld zwischen den
beiden Elektroden kann natürlich die Wanderung schneller
machen, weil es eine Kraft auf die geladenen Ionen ausübt.

Was da so alles passiert ist für die Forscher sehr spannend
zu untersuchen.

Prof. Dr. Gerhard Ertl beschreibt Einiges
davon in seinem Nobelpreisvortrag von 2007 mit Filmsequenzen.
http://nobelprize.org/nobel_prizes/chemistry/laureates/2007/ertl-lecture...

Eine ausführlichere Erklärung auf einer halben Seite und mit Abbildung
steht in der deutschen Wikipedia.
http://de.wikipedia.org/wiki/Lithium-Ionen-Akkumulator

Auf der Wikipedea Seite auf Englisch ist die Chemie nochmal
ausführlicher in Formeln zu sehen.
http://en.wikipedia.org/wiki/Lithium_ion_battery#Electrochemistry

| Mittwoch, 18. Mai 2011 - 6:03

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geniusREPORTER

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