Li-Ionen-Akkus zeichnen sich durch hohe Energiedichte aus. Sie sind thermisch weitestgehend stabil und sie haben fast keinen Memory-Effekt, welcher sich gewöhnlich in immer geringerer abrufbarer Energie nach dem Ladevorgang äußert.
Im Modellbaubereich werden vor allem der Lithium-Polymer-Akku (LiPo)und der Lithium-Eisen-Phosphat-Akkumulator (LiFePo) verwendet.
Lithium Akkus sind bei sachgemäßer Verwendung und Lagerung wenig gefährlich. Lithium als Element brennt bei Berührung mit Wasser! Lithium ist in elementarer Form normalerweise nicht in den Akkus vorhanden, kann sich bei unsachgemäßer Verwendung, vor allem bei Überladung, jedoch in geringen Mengen im Lithium-Akku bilden. Bei unsachgemäßer Verwendung oder Behandlung oder Beschädigung von Lithium-Akkus besteht die Gefahr, dass die Zellen Feuer fangen, ja sogar explodieren.
Häufige Ursachen für Unfälle sind wie schon erwähnt, starke Überladung, Überhitzung im Betrieb, Kurzschlüsse der Anschlusskabel und mechanische, zum Teil nicht sichtbare Beschädigung durch Crash, Schock, Herunterfallen - also alles Folgen unsachgemäßer Behandlung bzw. auch Herstellungsfehler oder Designfehler.
Lithium-Ionen-Akkus sind meistens in zylindrischer Bauform im Metallgehäuse erhältlich, die Ladeschlussspannung beträgt 4.1V und die Nennspannung 3.6V. LiIon-Zellen sind für geringe bis allenfalls mittlere Stromstärken ausgelegt und finden daher keine Anwendung im Hochstrom RC Bereich.
Lithium-Polymer-Akkus sind chemisch gesehen den LiIon-Akkus sehr ähnlich, bestehen jedoch aus beschichteten Folien aus Kupfer und Aluminium, mit einer dazwischen befindlichen Polymer-Folie. Es sind viele Bauformen möglich. Fast alle im Moment erhältlichen Zellen haben eine Ladeschluss-Spannung von 4.2 Volt und eine Nennspannung von 3.7 Volt. Lipo-Akku’s finden auf Grund ihrer hohen möglichen Strombelastung überwiegend Einsatz im Hochstrombereich, wie den E-Heli-Antrieben, ferner aber auch in Empfängerstromversorgungen.
Lithium-Eisen-Phosphat-Akkus können ähnlich wie Lipo Akku’s eingesetzt werden. Der amerikanische Hersteller A123 hat LiFePO4 durch Nanotechnologie überhaupt erst für Hochstromanwendungen verwendbar gemacht. LiFePO4 Zellen besitzen eine Ladeschluss-Spannung von 3.6V. Die Nennspannung ist mit 3.2 bis 3.3 Volt angegeben. LiFePO4 Akku’s haben Vorteile gegenüber Lipo’s bezüglich Sicherheit, sind aber im Moment noch sehr teuer in der Anschaffung.
LiPo-Zellen bestehen aus mehreren, abwechselnd übereinander gelegten und beidseitig beschichteten Folien aus dünnem Kupfer und Aluminium. Zwischen den einzelnen Schichten befindet sich als Trennlage eine Polymer-Folie. Diese Polymer-Folie bewirkt eine elektrische Isolation zwischen den Schichten. Diese Folie ist jedoch durchlässig für Lithium-Ionen.
Die Kupfer- und Aluminiumfolien dienen als Leiter und Trägermaterial. Die Metallfolien an sich sind nicht an der chem. Reaktion im Akku beteiligt, jedoch besitzen sie eine chemisch reaktive Beschichtung. Als Anoden-Schicht dient derzeit meistens eine gitterähnliche Struktur aus Graphit oder Kohle, denn diese kann Lithium-Ionen aufnehmen. Als Kathoden-Schicht kommen Metalloxide auf Kobalt-, Nickel-und Manganbasis zum Einsatz.
Zwischen Anoden-und Kathoden-Schicht können Lithium-Ionen ausgetauscht werden. Die Ionen diffundieren (durchwandern) durch die Polymer-Folie. Um eine Ionen-Leitfähigkeit der Polymer-Folie zu erreichen, ist diese mit einem Lösungsmittel auf Alkoholbasis getränkt.
Außen ist dieser Stapel aus Folien von einer luftdicht abschließenden Kunststoff-Folie umgeben.
Brennbar in den Zellen ist das Lösungsmittel (Alkohol), sowie die enthaltenen Kunststoffanteile. Bei sehr hohen Temperaturen kann auch die Beschichtung der Metall-Folien brennen.
Ein LiPo-Akku entzündet sich fast ausnahmslos durch einen inneren oder äußeren Kurzschluss einer geladenen Zelle oder eines ganzen Zellen-Packs. Meistens wird solch ein Kurzschluss durch eine äußere, mechanische Beschädigung verursacht oder durch Kurzschließen der Anschlusskabel. durch den eingetretenen Kurzschluss erhöht sich die Temperatur in der Zelle binnen sehr kurzer Zeit enorm. Bei Temperaturen über 90°C wird das Lösungsmittel gasförmig und die Zelle bläht sich auf. Dieses Gas kann sich dann leicht entzünden und die Zelle fängt an zu brennen. Die beim Brand der Zelle entstehende Hitze kann leicht benachbarte Zellen entzünden.
Die Brandgefahr geht also nicht von der normalen elektrochemischen Reaktion aus, sondern vom enorm hohen Energiegehalt vollgeladener Zellen. Um das Brandrisiko zu minimieren, sollten LiPo-Zellen nicht voll gelagert oder transportiert werden. Nicht vollgeladene Zellen beinhalten weniger elektrische Energie und dadurch minimiert sich das Risiko eines Brandes erheblich.
Lithium in elementarer Form, welches bei Berührung mit Wasser brennt, ist nur in geringen Mengen in den Li-Zellen vorhanden. Der typische Gesamtgehalt an Lithium (Lithium-Ionen) beträgt etwa 1,5g/ 5000mAh Kapazität. Mit Wasser reagierendes Lithium (Metallform) kann sich allerdings bei einer Überladung des Akku’s in kleinen Mengen ausbilden (Zellen-Spannungen größer 4.2V). Bei massiver, permanenter Überladung kann es daher zu einer Selbstentzündung bei Kontakt mit Wasser oder Feuchtigkeit kommen. Aus diesem Grund ist die Einhaltung der max. Ladeschluss-Spannung wichtig.
Wenn eine LiPo-Zelle brennt, dann brennt zuerst das organische Lösungsmittel und später, als Folge dessen, der Kunststoff der Umhüllung bzw. die Polymer-Folie. Dabei entstehen dann giftige Gase.
Sollte ein Akku-Pack in einer brennbaren Umgebung (Auto, Wohnung) zu brennen beginnen, dann sollte man zunächst versuchen, den brennenden Akku so schnell wie möglich aus der brennbaren Umgebung zu entfernen. Ein Lipo-Brand kann auch mit Wasser oder Schaum-Feuerlöschern bekämpft werden, die entsprechende Vorsicht natürlich vorausgesetzt.
Vorteile von Lipo Akkus:
Nachteile von Lipo-Akkus:
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