Lithium-Schwefeldioxid-Batterie

Die Lithium-Schwefeldioxid-Batterie ist eine nicht wiederaufladbare Lithiumbatterie mit Lithium als Anode und einer Inertelektrode (Ruß-Teflon-Gemisch auf einem Metallnetz) als Kathode, wobei das Schwefeldioxid kathodisch reduziert wird. Als Elektrolyt und Lösungsmittel für Schwefeldioxid wird vorwiegend Acetonitril mit Lithiumbromid als Leitsalz benutzt. Im Inneren der Batterie herrscht durch den Dampfdruck von Schwefeldioxid je nach Temperatur ein Druck von bis zu 4 bar. Dieser Batterietyp war einer der ersten technisch genutzten Lithiumbatterien und wurde bereits 1938 entwickelt.

Eigenschaften

Die Leerlaufspannung der Batterie beträgt 3,0 V und die typische Lastspannung 2,7 V. Die praktische Energiedichte beträgt für zylindrische Rundzellen 400–450 mWh/cm³. Mit diesen Kenngrößen ist die Lithium-Schwefeldioxid-Batterie im Vergleich zu anderen Lithiumbatterien heute nicht mehr von großer Bedeutung und wird nur noch für bestimmte industrielle und insbesondere militärische Zwecke eingesetzt, zumal Handhabung und Entsorgung mit Gefahren verbunden sind. Die Selbstentladung beträgt ca. 0,16 Prozent/Monat. Als Baugrößen werden Typen von 0,9–13 Ah hergestellt. Knopfzellen existieren für diese Batterie nicht.

Elektrochemie

Beim Entladevorgang wird Lithium anodisch unter Elektronenabgabe zu Lithiumionen (Li⁺) oxidiert. Schwefeldioxid wird über mehrere Reaktionsschritte und zwischenzeitlich gebildete Radikale kathodisch zu Dithionitionen reduziert. Die Gesamtgleichung kann folgendermaßen formuliert werden:

$ \mathrm {2\ Li+2\ SO_{2}\rightarrow Li_{2}S_{2}O_{4}} $

Donatorhalbzelle: $ \mathrm {2\ Li\longrightarrow 2\ Li^{+}+2\ e^{-}} $

Akzeptorhalbzelle: $ \mathrm {2\ SO_{2}+2\ e^{-}\longrightarrow S_{2}O_{4}^{2-}} $

Das gebildete schwer lösliche Lithiumdithionit Li₂S₂O₄ lagert sich in den Poren der Kathode ab und bewirkt durch die zusätzliche Polarisationsspannung eine Erhöhung des Widerstandes der Zelle.

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

• USPHC Managing Lithium Sulfur Dioxide Batteries
• Fraunhofer ICT: Beschreibung der Lithium-Schwefeldioxid-Batterie