Lithium-Polymer-Akkumulator

Ein Lithium-Polymer-Akku (auch LiPoly oder LiPo) ist ein wiederaufladbarer Energiespeicher (Akkumulator) und eine Weiterentwicklung des Lithium-Ionen-Akkus.

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Wie beim Lithium-Ionen-Akku besteht die Kathode (negative Elektrode) aus Graphit, die Anode aus Lithium-Metalloxid. Im Gegensatz dazu enthalten Lithium-Polymer-Akkus aber keinen flüssigen Elektrolyten, sondern einen auf Polymerbasis, der als feste bis gelartige Folie vorliegt. Die Komponenten des Akkus – Stromzuführung, negative Elektrode, Elektrolyt, positive Elektrode – lassen sich preiswert als Schichtfolien mit einer Dicke von weniger als 100 Mikrometer herstellen. Die Bauform der Lithium-Polymer-Akkus unterliegt praktisch keinen Beschränkungen.

Eigenschaften

Feste Elektrolyt-Folien erreichen eine ausreichend hohe Ionenleitfähigkeit erst ab einer Betriebstemperatur von rund 60 °C. In modernen Lithium-Polymer-Akkus kommt deshalb als Elektrolyt ein Gel zum Einsatz, das bereits bei Raumtemperatur seine volle Leistungsfähigkeit erreicht.

Metallisches Lithium hat mit −3,05 V den niedrigsten Wert in der Volta'schen Spannungsreihe, wodurch das höchste Potenzial zu jedem Kathodenmaterial gewährleistet ist. Die tatsächliche Spannung wird vom aktiven Anteil der Kathode bestimmt und kann zwischen 0,5 und 4,3 V liegen; die Nennspannung eines solchen Akkumulators liegt meist bei 3,7 V.

Durch seine besonderen chemischen Eigenschaften erreicht der feste Lithium-Polymer-Akku höhere Energiedichten als ein Lithium-Ionen-Akku.

Technische Daten:

• gravimetrische Energiedichte: circa 140 Wh/kg (bis zu 180 Wh/kg. Stand: April 2005)
• gravimetrische Leistungsdichte: circa 300 W/kg (bis zu 2800 W/kg. Stand: September 2005)

Mit diesen Werten sind Lithium-Polymer-Akkus anderen Akkutypen überlegen. Die anfangs durch die aufwendige Herstellung hohen Preise sinken wegen steigender Stückzahlen derzeit stetig. Aufgrund des hervorragenden Leistungsgewichts und der sich stetig verbessernden Belastbarkeit werden sie auch immer häufiger im Modellbau eingesetzt, etwa bei Slowflyern oder Modellhubschraubern (Seit 2004 werden elektrische Antriebssysteme mit Lithium-Polymer-Akkus auch bei der F3A-WM erfolgreich eingesetzt).

Lithium-Polymer-Akkus sind elektrisch und thermisch empfindlich: Überladen, Tiefentladen, zu hohe Ströme, Betrieb bei zu hohen (größer 60 °C) oder zu niedrigen Temperaturen (kleiner 0 °C) und Lagern in entladenem Zustand schädigen oder zerstören die Zelle in den meisten Fällen.

Lithium-Polymer-Akkus können sich bei Überladung entzünden oder auch verpuffen – daher ist zur Ladung unbedingt ein für diesen Akku konstruiertes beziehungsweise ein spezielles Li-Akku-Ladegerät (I/U-Verfahren) zu verwenden, siehe Artikel Lithium-Ionen-Akku.

Im Handel erhältliche Lithium-Polymer-Akkupacks für Verbrauchergeräte enthalten bereits eine für den jeweiligen Akku entwickelte Schutzschaltung (gegen Unterspannung und Überstrom); das Zell- und Lademanagement ist meistens im zugehörigen Gerät integriert, jedoch werden oftmals Zelldaten im Akkupack gespeichert und per SMBus ausgelesen. Das erschwert es, Akkus anderer Hersteller einzusetzen oder Ersatzakkus für ein veraltetes Modell zu finden.

Aufbau einer Mobiltelefon-Akkueinheit

      Das Bild links zeigt einen Lithium-Ionen Akku mit einer Nennspannung von 3,6 V. Der Akku ist in die Abdeckung eines Mobiltelefones integriert. Nach Entfernen der Plastikummantelung, Bild oben rechts, liegt die Schutzschaltung frei. Im Deckel des Alublocks ist eine Elektrische Sicherung gegen Überlastung integriert. Der Alublock schützt die drei Folien des Lithium-Polymers, die im unteren Bild heraus gezogen wurden.

Die Kunststofffolie (Polymer) nimmt den Elektrolyten auf. Eine Folie ist mit dem Elektrodenmaterial für den positiven Kontakt beschichtet, die andere mit Graphit für den negativen. Die zweiseitige Beschichtung verdoppelt die Kapazität beim Zusammenwickeln.

Anders als bei konventionellen Batterien richtet sich die Bauform von Lithium-Ionenakkus nach den Erfordernissen der Hersteller, nicht nach Normen. Bei einem Ausfall des Akkus muss die gesamte Akkueinheit ausgetauscht werden. Selbst wenn man die Akkueinheit öffnet, ist es nicht sichergestellt, dass die Ladeelektronik mit Ersatzakkus unbekannter Spezifikation zusammen arbeitet.

Anwendung Solarfahrzeug

Mit einem Lithium-Polymer-Akkumulator ist der Sky Ace TIGA ausgerüstete, mit 165 km/h Inhaber des Geschwindigkeitsweltrekords für Solarfahrzeuge.