Batterie- und Energiewerkstoffe

Bei maximaler Lithiumeinlagerung wird eine Graphitanode zu LiC₆. Welcher Wert kommt der theoretischen Kapazität von Graphit (bezogen auf die Masse des Graphits) am nächsten? Die Atommasse von Kohlenstoff beträgt 12,01, die Faraday-Konstante 96485 C/mol, und es gilt 1 mAh = 3,6 C.

  1. Aca. 2230 mAh/g
  2. Bca. 339 mAh/g
  3. Cca. 372 mAh/g
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Lösung: C. ca. 372 mAh/g

In 1 mol C₆ (72,06 g) werden 1 mol Li⁺ und 1 mol Elektronen eingelagert; die gespeicherte Ladung beträgt also 96485 C. Die theoretische Kapazität pro Masse beträgt Q = nF/(3,6M) = 1 × 96485 / (3,6 × 72,06) ≈ 372 mAh/g. Ca. 339 mAh/g erhält man, wenn man im Nenner die Masse von LiC₆ einschließlich Li (78,99 g/mol) verwendet; die Kapazität der negativen Elektrode wird jedoch üblicherweise auf die Masse des lithiumfreien Graphits bezogen. Ca. 2230 mAh/g beruht auf der falschen Annahme, dass auf jedes Kohlenstoffatom ein Lithiumatom kommt. Reale Graphitanoden werden mit ca. 350–360 mAh/g nahe am theoretischen Wert betrieben, und um höhere Kapazitäten zu erreichen, wird an Materialien wie Silizium geforscht.

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