Theoretische Kapazität: Was ist damit gemeint?

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.

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.