Wenn man die Vorgänge in einer Lithium-Ionen-Batterie erklären will, geht man am besten vom ungeladenen Zustand aus. Da bei einer Bleibatterie an beiden Polen reines Blei zu finden ist, könnte man diese auch verkehrt herum laden.

Ein böser Streich, der beim Einbau in einem modernen Fahrzeug teure Schäden hinterlassen kann, wenn z.B. einzelne Steuergeräte nicht gegen Verpolung geschützt sind. Bzw. trotzdem geöffnet werden müssen, um diesen Schutz wieder herzustellen.

Das geht bei einer Li-Io-Batterie nicht. Es gibt sehr verschiedene Materialien, aber zurzeit unterscheidet man hauptsächlich zwischen Nickel, Mangan und Cobalt oder Lithium, Eisen (Ferrum) auf der einen und hauptsächlich Graphit auf der anderen Seite.

Bei NMC versucht man, vom Anteil an Kobalt wegzukommen, z.B. diesen durch weniger umstrittenes Nickel zu ersetzen. LFP-Akkus enthalten ohnehin kein Kobalt bzw. Nickel. Tesla setzt z.B. verstärkt auf LFP, wenn es nicht so sehr auf Reichweite und Performance ankommt.

Diese Akkus gelten als schwerer bei gleicher Kapazität, etwas ladeunfreundlicher und schließen erst langsam bezüglich ihrer Performance im Winter zu NMC auf. Dafür sollen sie sicherer vor dem Ausbruch von Bränden schützen.

Moderne Fahrzeuge mit NMC-Akku enthalten nur noch bis zu 3 Prozent Kobalt im Akku. Damit fallen Argumente gegen Elektroautos wegen der schwierigen Abbaubedingungen in der Demokratischen Republik Kongo fast völlig weg. Der LFP-Akku wird zunehmend verbessert.

Mercedes traut sich sogar LFP-Akkus im 600 kWh-Lkw einzusetzen, obwohl man hier besonders auf das Gewicht achten muss. Das Argument von Mercedes: Die Kapazität kann hier zu 95 Prozent genutzt werden, während Konkurrenten erheblich höhere Abzüge haben.

Gehen wir einmal von einem Zustand vollkommener Entladung aus, übrigens für LiIo-Batterien am meisten die Lebensdauer verkürzend. Zur Anode wird die Seite mit dem Graphit erst beim Anlegen der Ladespannung. Man muss es sich vorstellen als ein Pumpen von Elektroden von Plus nach Minus. Die Anode wird also negativer.

Das wiederum veranlasst die positiven Li-Ionen, von der Kathode zur Anode zu wechseln. Sie folgen sozusagen den Elektronen, nur statt über die Stromleitung auf direktem Weg. Wichtig ist dabei, das Lithium das kleinste Atomgewicht aller Metalle hat.

Ein Separator zwischen Kathode und Anode ist darauf ausgelegt, sodass ansonsten eine strickte Trennung aller übriger Elemente in der Batteriezelle herrscht. Die Wanderung der Li-Ionen dauert so lange, bis sowohl Kathode wie auch Anode jede für sich ausgeglichen sind.

Man könnte auch sagen, alle Ionen haben ihren Platz gefunden. Man kann sich vorstellen, dass dieser Vorgang zum Ende hin immer langsamer verläuft, was auch an der Ladesäule zu beobachten ist. Auch ist dieser Teil mit der verschleißträchtigste einer Li-Io-Batterie.

Beim Entladen, was durch eine direkte Verbindung der beiden Pole, besser jedoch durch Zwischenschalten eines Verbrauchers geschehen kann, vollzieht sich der ganze Prozess wieder in entgegengesetzter Richtung. Die Li-Ionen erreichen wieder die Kathode.

Immer haben sie sich nur angelagert, z.B. im Graphit der Anode. Aber wenn das Entladen beendet wird, besteht auch die Möglichkeit der chemischen Verbindung auf der Seite der Kathode. Natürlich wohnt einer Batterie eine größere Stabilität im entladenden als im geladenen Zustand inne.