Olivinstruktur: Was ist damit gemeint?

Lösung: A. ca. 170 mAh/g

Aus 1 mol LiFePO₄ wird 1 mol Li⁺ ausgelagert, und Fe²⁺ wird zu Fe³⁺ oxidiert; es wird also 1 mol Elektronen übertragen. Die theoretische Kapazität beträgt Q = nF/(3,6M) = 1 × 96485 / (3,6 × 157,8) ≈ 170 mAh/g. Ca. 340 mAh/g zählt fälschlich zwei Elektronen pro Reaktion; der Übergang von Fe²⁺ zu Fe³⁺ umfasst jedoch nur ein Elektron. Ca. 85 mAh/g entsteht, wenn man unterwegs durch 2 teilt. LiFePO₄ lässt sich in der Praxis bis etwa 160 mAh/g nutzen, also nahe am theoretischen Wert; wegen der eher niedrigen mittleren Spannung von ca. 3,4 V ist die massenbezogene Energie aber kleiner als bei Kathoden aus Schichtoxiden.

Lösung: C. Es gibt wegen der starken P–O-Bindung kaum Sauerstoff ab, leitet Elektronen aber schlecht und wird daher als feines, mit Kohlenstoff beschichtetes Pulver eingesetzt

In LiFePO₄ ist der Sauerstoff über starke kovalente Bindungen an P gebunden und bildet PO₄-Tetraeder; daher wird selbst bei Überladung oder hohen Temperaturen kaum Sauerstoff freigesetzt, und die thermische Sicherheit ist hervorragend. Andererseits ist die Li⁺-Diffusion auf eindimensionale Kanäle beschränkt und die elektronische Leitfähigkeit äußerst gering; man verkleinert die Teilchen daher auf etwa 100 nm und beschichtet ihre Oberfläche mit Kohlenstoff. Die zweidimensionale Bewegung von Li⁺ zwischen Schichten und die Instabilität der Struktur, wenn mehr als etwa die Hälfte des Li entnommen wird, sind Merkmale von LiCoO₂ mit geschichteter Steinsalzstruktur. Dreidimensionale Pfade und das Problem des Herauslösens von Mn betreffen LiMn₂O₄ mit Spinellstruktur.