Stromsammler & Stromabnehmer für Lithium-Ionen AKKUS

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Internationale-Energieagentur IEA
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IEA – Internationale Energieagentur

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Die globale Organisation steht im Mittelpunkt des globalen Energiedialogs und liefert zuverlässige Analysen, Daten, politische Empfehlungen und praktische

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Lithium-Eisen-Phosphat (LFP) als Kathoden im Eisenphosphat Akkumulator

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Stromsammler, Stromkollektor & Stromabnehmer-Folie (Current collector) in der Batterie

Der Stromsammler in der Batteriezelle

Das innere eine Batterie-Zelle (z.B. primäre Lithiumbatterie oder sekundärer Lithium Akkumulator) einer Batterie besteht aus 1) Kathoden- und Anoden-Stromsammler, auch Stromabnehmer-Folien genannt, 2) aktiven Kathoden und aktiven Anodenmaterialien, Separator und Elektrolyt

Der Stromkollektor dient dazu, die Elektronen aus dem Inneren der elektrochemischen Reaktion innerhalb der Zelle nach Aussen der Zelle zu leiten, ohne dass es zu einer Reaktion innerhalb des Potential-Betriebsfensters kommt. 

Batteriechemie bestimmt Material des Stromabnehmers

Die Batterie-Chemie ist daher wesentlich für die Wahl der Stromabnehmer. Die Kathoden-Chemie bestimmt das Stromsammler-Material bei der Kathode und die Anoden-Chemie bestimmt das Material der Stromkollektoren für die Anode. 

Ein Batterie-Separator hat die Aufgabe, Kathode und Anode in einer Zelle räumlich zu trennen und elektrisch voneinander zu isolieren, um den Kurzschluss zu vermeiden. Der Separator ist allerdings für Ionen durchlässig. Der Separator ist mit Elektrolytlösung vollgesogen damit die Ionen sich gut zwischen Kathode und Anode austauschen können.
Stromsammler als Stommabnehmer-Folie in einer Interkalations-Batterie. Auf Englisch nennt man Stromsammler "Current collectors" Copyright 2021-2030 by Swiss Battery - www.SwissBattery.com

Stromabnehmer in Batterien sind, müssen kostengünstig sein

Stromabnehmer (Folien) müssen Strom gut leiten, chemisch, elektrochemisch und mechanisch stabil und robust sein. Im zunehmenden kompetitiven wirtschaftlichen Umfeld der Energiespeicherung ist auch gewünscht, dass eine Stromabnehmer-Folie möglichst leicht ist, um eine hohe spezifische Energiedichte und Leistungsdichte zu erzielen. 

Die Stromsammlerfolie in einer Batterie sollte auch möglichst kostengünstig sein, um die Preise der gespeicherten Energie (Euro/kWh, USD/kWh, CHF/kWh) tief zu halten. Damit ist Aluminium seit Langem ein optimales Stromsammlermaterial in Batterien. Kupfer ist wegen seiner guten mechanischen (Zugfestigkeit) und grossartigen elektrischen Eigenschaften als Stromsammler in Lithium-Ionen Batterien zu finden.

Es können auch andere Metalle als Stromsammler verwendet werden. In der Praxis sind andere inerte Metalle für industrielle Zwecke aber zu teuer.

Nicht metallische current collector folien

Nicht-metallische, elektrisch leitfähige current collector aus Kohlenstoff-Materialien oder Kompositen existieren, sind aber meist nicht mechanisch robust genug und der elektrische Widerstand ist oft zu hoch, um die grossen Elektronenströme währen dem Laden und Entladen verlustfrei abzuleiten.

Mechanisch instabile Stromsammlerfolien können zu schlechter Zyklenstabilität führen. 

Verwandte Begriffe

Kupfer, Metallfolien, Stromabnehmer, Stromabnehmer-Folien, Stromabnehmerfolien, Stromabnehmermaterialien, Stromsammler, Stromsammlerfolien, Stromsammlermaterialien, Titan, Titanfolie, Kupferfolie, Aluminiumfolie, Nickel, Nickelfolie, Cathode, Anode, Kohlenstofffolien, Heat-sink, Wärmeableiter, Metallnetzt

Referenzen

  1. Qitao Shi et al. Recent developments in current collectors for lithium metal anodesMater. Chem. Front., 2023,7, 1298-1311

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