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Lithiumprimärzellen

Durch die zunehmende Miniaturisierung elektronischer Geräte entsteht ein Bedarf an kleinen Primärbatterien mit möglichst großem Energieinhalt. Lithium ist dafür sehr gut geeignet, weil es mit -3,045 V ein großes negatives Normalpotenzial und eine geringe Atommasse, d.h. eine hohe theoretische Kapazität besitzt. Damit sind in Verbindung mit einer geeigneten positiven Elektrode Ruheklemmspannungen (Leerlaufspannung) von bis zu 4 V realisierbar. Eine mögliche Kombination ist das Lithium-Schwefeldioxid-System.

Abb.1
Aufbauschema einer Lithiumzelle

Eine Lithiumfolie wird zusammen mit einem Polypropylen-Separator und einer Folie aus poröser Kohle, die auf ein Metallstrecknetz aufgebracht ist, aufgewickelt. Dieser Elektrodenwickel wird mit der elektrolytischen Lösung gasdicht unter Druck in ein Gehäuse eingeschlossen. Die elektrolytische Lösung besteht aus einer Mischung von Propylencarbonat, Acetonitril und Schwefeldioxid mit 1,8 M Lithiumbromid als Leitsalz. Der Schwefeldioxid-Anteil ist die positive aktive Masse und im flüssigen Zustand in Separator und Kohlefolie gespeichert. Die Ruheklemmspannung liegt bei 2.9 V. Vereinfacht läuft folgende Reaktion ab:

2Li+ 2SO2 Li2S2O4

Vorteile
  • es werden keine teuren Rohstoffe benötigt
  • die Zellen besitzen sehr hohe Energiedichten von 300 Whkg-1 (Li-SO2-System) bei hohen Leistungsdichten
  • gutes Selbstentladungsverhalten
  • keine Korrosionsreaktionen
  • auch für Implantationszwecke geeignet
  • bei Verwendung als Uhrenbatterie Betriebszeiten > 10 Jahre
  • sehr gutes Tieftemperaturverhalten
Nachteile
In der Batterie sind sehr energiereiche und hochgiftige Chemikalien gespeichert. Daher sind die Batterien vor Beschädigung und Erhitzung (Kurzschluss) zu schützen.