Lithium-Titanat-Akku

Die Familie der Lithium-Ionen-Akkus hat sich in den letzten Jahren insbesondere durch Weiterentwicklungen der Kathode vergrößert, beispielsweise durch die Entwicklung von Li-Ion-Mangan- oder Lithium-Eisen-Phosphat-Akkus.

Lithium-Titanat-Akkus hingegen setzen an einer Optimierung der Anode an.

Das SEI (Solid Electrolyte Interfase)

Herkömmliche Li-Ion-Akkus verwenden eine Anode aus Kohlenstoff, gewöhnlich Graphit. Problematisch ist die Grenzfläche des Kohlenstoffs zum Elektrolyt hin, an der sich eine passive bzw. passivierende Zwischenschicht ausbildet - das sogenannte SEI (Solid Electrolyte Interface). Dieses SEI erhöht den Innenwiderstand der Zelle und bestimmt maßgeblich ihre Kenndaten. Durch die Wahl verschiedener Elektrolyte und durch Additive lassen sich die Eigenschaften des SEI - in Grenzen - optimieren. Der Spinell Li-Titanat (Li4Ti5O12, 'LTO') als Anodenmaterial soll die Ausbildung eines SEI verhindern und somit eine wesentlich beschleunigte Einlagerung der Lithium-Ionen (Interkalation) in der Anode ermöglichen, was sich besonders auf die Schnellladefähigkeit der Zelle auswirkt.

Eigensicherheit

Nanostrukturiertes LTO als Anodenmaterial ermöglicht Li-Ion-Zellkonstruktionen ohne die Verwendung von Kohlenstoff. Sofern die Elektroden-Materialien eine starke chemischen Bindung ihres Sauerstoffgehaltes aufweisen, ergibt sich eine hohe thermische Stabilität, d.h. die Zellen neigen bei Kurzschluss, Tiefentladen, Überladen oder mechanischer Zerstörung nicht zur Bildung von Rauch, Feuer bzw. zur Explosion ('Thermal Runaway'). LTO-Zellen können somit bauartbedingt eine hohe Eigensicherheit aufweisen. Diese positive Eigenschaft wird noch durch eine hohe strukturelle Stabilität von LTO-Anoden sowie die Ungiftigkeit und gute Umweltverträglichkeit von LTO unterstützt.

Leistungsdaten

Die wenigen bereits am Markt vorgestellten LTO-Zellen weisen sich besonders durch ihre hohe Eigensicherheit, ihre Schnellladefähigkeit , ihre extreme Zyklenfestigkeit und einen großen Temperatur-Arbeitsbereich aus, was sie zum Einsatz für Kraftfahrzeuge mit Hybridantrieben prädestiniert. Das große Manko der Lithium-Titanat-Akkumulatoren ist bislang ihre geringe Arbeitsspannung.

Typische von Herstellern angegebene Kenndaten:

• Arbeitsspannung: 2 bis 2,5 Volt

• Temperatur-Arbeitsbereich: -50 bis 75°C

• Zyklen-Festigkeit: 10.000 bis über 20.000 Ladezyklen

• Schnellladung: < 10 Minuten

• Leistungsdichte: 4.000 W/kg

Laut Aussage von pro-physik.de könnte der Super-Akku schon in drei Jahren  zur Marktreife gelangen.