Lithium-Kohlenstoffmonofluorid-Batterie

Die Lithium-Kohlenstoffmonofluorid-Batterie (Lithium-Graphitfluorid-Batterie) ist eine nicht wiederaufladbare Lithiumbatterie mit Lithium als Anode (bei Batterien Minuspol) und Graphitfluorid als Kathode (Pluspol). Sie wird beispielsweise in Herzschrittmachern verwendet.

Da reines Kohlenstoffmonofluorid den Strom nur schlecht leitet, wird etwas Ruß beigemischt; wenige Prozente eines Styrol-Butadien-Kautschuks dienen als Bindemittel. Als Elektrolyt wird ein Gemisch aus Propylencarbonat und Dimethoxyethan mit Lithiumtetrafluoroborat LiBF₄, Lithiumperchlorat LiClO₄ oder Lithiumhexafluorophosphat LiPF₆ als Leitsalz benutzt.

Eigenschaften

Die Leerlaufspannung der Batterie beträgt 3,0 V und die typische Lastspannung 2,6 V. Die praktische Energiedichte beträgt für Knopfzellen ca. 400 mWh/cm³ und für zylindrische Rundzellen 450 - 500 mWh/cm³. Der Einsatz ist geeignet vor allem für Geräte mit geringem Strombedarf und langer Einsatzdauer. Die Kapazität der Batterie hängt vom Fluorierungsgrad der Kathode ab. In der Praxis strebt man keine 100 %ige Fluorierung an, weil dann Graphitfluorid ein Isolator ist.

Da die Selbstentladung klein ist, hat die Batterie eine lange Lagerzeit.

Elektrochemie

Beim Entladevorgang wird Lithium anodisch unter Elektronenabgabe zu Lithiumionen (Li⁺) oxidiert. Graphitfluorid dient hierbei als Akzeptorhalbzelle. Die gebildeten Lithiumionen lagern sich in das Graphitfluoridgitter ein. Die Gesamtgleichung kann folgendermaßen formuliert werden:

\mathrm {n\ Li+(CF)_{n}\rightarrow (CLiF)_{n}}

Als Endprodukte entstehen durch eine Zersetzung der Einlagerungsverbindung Lithiumfluorid und Kohlenstoff.^[1]

Historisches

Die Lithium-Kohlenstoffmonofluorid-Batterie wurde von einer japanischen Firma (Matsushita Electric Industrial Co., heute bekannt als Panasonic) entwickelt, die 1970 ein Patent darauf erhielt.^[2] Seit 1976 wurde die Batterie in der Raumfahrt verwendet. In den 1990er Jahren wurde die Anwendung in Herzschrittmachern entwickelt^[3], die dann im folgenden Jahrzehnt auf den Markt kamen.^[4]

Einzelnachweise

↑ M. S. Whittingham, Lithium Batteries and Cathode Materials, Chem. Rev. 104 (2004) 4273.
↑ N. Watanabe, M. Fukuda, US Patent 3,536,532, Primary Cell for Electric Batteries.
↑ W. Greatbatch, C. F. Holmes, E. S. Takeuchi, S. J. Ebel, Lithium/carbon monofluoride (Li/CFx): a new pacemaker battery, Pacing Clin. Electrophysiol. 19(11) (1996) 1836-1840.
↑ EaglePicher Medical Power Announces New Li/CFx Battery Technology.

Literatur

Günter Eichinger, Günter Semrau: Lithiumbatterien II – Entladereaktionen und komplette Zellen. In: Chemie in unserer Zeit 24, Nr. 2, ISSN 0009-2851, 1990, S. 90–96

Weblinks

PatentDE Batterien mit organischen Elektrolyten

Galvanische Zellen

[1] M. S. Whittingham, Lithium Batteries and Cathode Materials, Chem. Rev. 104 (2004) 4273.

[2] N. Watanabe, M. Fukuda, US Patent 3,536,532, Primary Cell for Electric Batteries.

[3] W. Greatbatch, C. F. Holmes, E. S. Takeuchi, S. J. Ebel, Lithium/carbon monofluoride (Li/CFx): a new pacemaker battery, Pacing Clin. Electrophysiol. 19(11) (1996) 1836-1840.

[4] EaglePicher Medical Power Announces New Li/CFx Battery Technology.

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[2]

[3]

[4]