DE102012209313A1

DE102012209313A1 - Lithium-Luft-Zelle

Info

Publication number: DE102012209313A1
Application number: DE201210209313
Authority: DE
Inventors: Thomas Woehrle; Markus Klausner; Joachim Fetzer
Original assignee: Robert Bosch GmbH; Samsung SDI Co Ltd
Current assignee: Robert Bosch GmbH; Samsung SDI Co Ltd
Priority date: 2012-06-01
Filing date: 2012-06-01
Publication date: 2013-12-05

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Lithium-Luft-Zelle, welche eine negative Elektrode (1), eine positive Elektrode (2) und einen zwischen der negativen Elektrode (1) und der positiven Elektrode (2) angeordneten Separator (3) umfasst. Dabei ist die positive Elektrode (2) eine Sauerstoffelektrode. Um die Sicherheit und Zyklenstabilität zu erhöhen, umfasst die negative Elektrode (1) ein Interkalationsmaterial, in welches Lithium reversibel interkalierbar und deinterkalierbar ist, wobei der Separator (3) ein Lithiumionen leitender Festkörperelektrolyt ist. Darüber hinaus betrifft die vorliegende Erfindung einen entsprechenden Lithium-Luft-Akkumulator sowie ein damit ausgestattetes mobiles oder stationäres System.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Lithium-Luft-Zelle, einen Lithium-Luft-Akkumulator und ein mobiles oder stationäres System.
Stand der Technik
So genannte Lithium-Luft-Akkumulatoren beziehungsweise Lithium-Luft-Batterien sind derzeit weltweit Gegenstand von Entwicklungsaktivitäten, da mit dem Lithium-Luft-System höhere Energiedichten erzielt werden können als mit der Lithium-Ionen-Technologie.
Mitte der 90-iger Jahre wurde ein Lithium-Luft-System von Abraham et al. in der Druckschrift US 5,510,209 beschrieben, welches eine Polymerelektrolytschicht umfasst, welche zwischen einer negativen Elektrode aus metallischem Lithium und einer positiven Sauerstoffelektrode angeordnet ist.
Die Druckschrift US 2011/0136007 A1 beschreibt ein Anodenmaterial für Lithiumionenbatterien, welches Graphitfibrillen umfasst.
Die Druckschrift US 2009/0053594 A1 beschreibt eine Luftbatterie, deren Separator mit einem organischen Lösungsmittel gefüllt ist, welches auf einem Elektrolyten basiert, der ein Lithiumsalz und ein Alkylencarbonatadditiv umfasst.
Die Druckschrift US 2010/0273066 A1 beschreibt eine Lithium-Luft-Batterie, welche einen nicht-wässrigen, auf einem organischen Lösungsmittel basierten Elektrolyten umfasst, welcher ein Lithiumsalz und ein Additiv mit einer Alkylengruppe umfasst.
Die Druckschrift US 2010/0291443 A1 beschreibt eine Zelle, welche eine Sauerstoffkathode, einen sauerstoffanionenleitenden Elektrolyten aus stabilisiertem Zirkoniumoxid, einen Elektrolyten aus einem geschmolzenen Salz und eine Lithium basierte Anode umfasst.
Offenbarung der Erfindung
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist eine Lithium-Luft-Zelle,, welche eine negative Elektrode (Anode), eine positive Elektrode (Kathode) und einen zwischen der negativen Elektrode und der positiven Elektrode angeordneten Separator umfasst.
Die positive Elektrode ist dabei eine Sauerstoffelektrode. Insbesondere eine Gasdiffusionselektrode. Dabei kann die positive Elektrode eine, insbesondere Lithiumionen leitende, Flüssigkeit, beispielsweise Elektrolytflüssigkeit und/oder ionische Flüssigkeit, zum Beispiel in gelifizierter Form, und/oder ein Polymer, beispielsweise einen Polymerelektrolyten, und/oder einen, insbesondere Lithiumionen leitenden, beispielsweise anorganischen, Feststoff, enthalten.
Die negative Elektrode umfasst dabei ein Interkalationsmaterial, in welches Lithium reversibel interkalierbar (einlagerbar) und deinterkalierbar (auslagerbar) ist. Die negative Elektrode kann dabei eine, insbesondere Lithiumionen leitende, Flüssigkeit, beispielsweise Elektrolytflüssigkeit und/oder ionische Flüssigkeit, zum Beispiel in gelifizierter Form, und/oder ein Polymer, beispielsweise einen Polymerelektrolyten, und/oder einen, insbesondere Lithiumionen leitenden, beispielsweise anorganischen, Feststoff, enthalten.
Der Separator kann dabei insbesondere ein Lithiumionen leitender anorganischer Festkörperelektrolyt sein. Insbesondere kann der Separator ein Lithiumionen leitender keramischer Festkörperelektrolyt sein. Dieser Festkörperelektrolyt kann vorteilhafterweise flüssige Komponenten in den Elektroden separieren.
Unter Luft kann im Sinn der vorliegenden Erfindung insbesondere ein Gas verstanden werden, welches Sauerstoff enthält. Daher umfasst der Begriff Luft neben herkömmlicher atmosphärischer Luft, beispielsweise mit 21 Vol.-% O₂, 78 und Vol.-% N₂, auch reinen Sauerstoff und sauerstoffhaltige Gasgemische, welche eine andere Zusammensetzung als herkömmliche atmosphärische Luft aufweisen. Daher kann unter einer Lithium-Luft-Zelle eine Zelle verstanden werden, welche mit einem sauerstoffhaltigen Gasgemisch oder mit reinem Sauerstoff betrieben werden kann.
Unter einem Lithiumionen leitenden, anorganischen Festkörperelektrolyten kann im Sinn der vorliegenden Erfindung insbesondere ein anorganischer Festkörper verstanden werden, dessen Material selbst Lithiumionen leitend ist.
Überraschenderweise hat sich herausgestellt, dass die Kinetik der Einlagerungsund Auslagerungsreaktion von Lithium-Interkalationsmaterialien, wie Graphit, für Lithium-Luft-Zellen ausreichend schnell ist.
Dadurch, dass die negative Elektrode nicht wie in herkömmlichen Lithium-Luft-Zellen metallisches Lithium, sondern ein Lithium-Interkalationsmaterial umfasst kann vorteilhafterweise die negative Elektrode stabilisiert werden. Insbesondere kann dadurch die Zyklenstabilität der negativen Elektrode sowie die Lebensdauer, die Zuverlässigkeit und das Sicherheitsverhalten der Zelle verbessert werden. Insbesondere kann durch die Verwendung eines Lithium-Interkalationsmaterials in der negativen Elektrode eine schwammige Abscheidung von metallischem Lithium und eine Lithium-Dendritenbildung vermieden werden, welche bei negativen Elektroden aus metallischem Lithium auftreten können und zu Sicherheitsproblemen führen können.
Überraschenderweise hat sich zudem herausgestellt, dass die Kinetik der Lithium-Ionen-Wanderung durch Lithiumionen leitende anorganische Festkörperelektrolyten ebenfalls ausreichend schnell ist, um eine ausreichende Hochstrombelastbarkeit hinsichtlich der Ladung, Entladung und Pulsbelastbarkeit bereitzustellen.
Durch einen Separator in Form eines Lithiumionen leitenden anorganischen Festkörperelektrolyten, kann zudem vorteilhafterweise auf Polymerelektrolyte und/oder Flüssigelektrolyte in dem Separator verzichtet werden. So kann insbesondere verhindert werde, dass Lithium mit Polymerelektrolyten und/oder Flüssigelektrolyten, insbesondere der positiven Elektrode, reagiert, was bei herkömmlichen Lithium-Luft-Zellen zu Sicherheitsproblemen führen kann.
Lithiumionen leitende, anorganische, insbesondere keramische, Festkörperelektrolyten können zudem vorteilhafterweise vollständig gegen Gase, Feuchte und Lösungsmittel sperren. Daher kann vorteilhafterweise die negative Elektrode durch einen Lithiumionen leitenden, anorganischen, insbesondere keramischen, Festkörperelektrolyten vor Gasen, Feuchte und Lösungsmitteln geschützt werden, wobei insbesondere ein Schutz der negativen Elektrode vor Feuchte und Kohlendioxid (CO₂) wichtig ist.
Im Gegensatz zu Lithiumionen leitenden, anorganischen, insbesondere keramischen, Festkörperelektrolyten kann eine vollständige Sperrung gegen Gase, Feuchte und Lösungsmittel, insbesondere Feuchte und Kohlendioxid, durch Polymerelektrolyten und Flüssigelektrolyten jedoch nicht erzielt werden, so dass bei Polymerelektrolyten und Flüssigelektrolyten immer eine gewisse Permeation dieser Stoffe auftritt, was sich negativ auf den Zellinnenwiderstand, die Zyklenstabilität und die Lebensdauer auswirken kann, da, beispielsweise im Falle des lithiirten Graphites, irreversible Zersetzungen mit Feuchte und Kohlendioxid (CO₂) stattfinden können.
Zudem sind Lithiumionen leitende, anorganische, insbesondere keramische, Festkörperelektrolyten mechanisch stabil und schwer beziehungsweise nicht entflammbar.
Insbesondere ermöglicht der Einsatz eines Lithiumionen leitenden, anorganischen, insbesondere keramischen, Festkörperelektrolyten vorteilhafterweise die Lithium-Sauerstoff-Zelle lösungsmittelreduziert oder lösungsmittelfrei, beispielsweise als quasi-Feststoffzelle, insbesondere in Kombination mit Gelelektrolyten und/oder Polymerelektrolyten, auszugestalten. So kann vorteilhafterweise die Sicherheit erhöht werden.
Separatoren aus Lithiumionen leitenden, anorganischen, insbesondere keramischen, Festkörperelektrolyten können zudem vorteilhafterweise auch bei hohen Operationstemperaturen eingesetzt werden, was bei Separatoren aus Polymerelektrolyten und insbesondere wegen des Lösungsmitteldampfdrucks bei Flüssigelektrolyt haltigen Separatoren problematisch ist.
Durch Kombination eines Lithium-Interkalationsmaterials mit einem Separator in Form eines Lithiumionen leitenden anorganischen Festkörperelektrolyten kann vorteilhafterweise die Zyklenstabilität, die Zuverlässigkeit und die Sicherheit der Zelle verbessert werden.
Im Rahmen einer Ausführungsform grenzt der Separator einerseits direkt an die negative Elektrode und andererseits direkt an die positive Elektrode an. Damit trennt der Separator nicht nur die Elektroden, sondern schützt das Lithium gegen Feuchte, Kohlendioxid (CO₂) und Elektrolytkomponenten. Für die elektrochemische Reaktion muss das Lithium nicht und sollte aus den vorstehenden genannten Gründen auch nicht von Flüssig- oder Polymerelektrolyten benetzt werden. benetzt oder umgeben sein. Aufgrund des Lithiumionen leitenden, anorganischen, insbesondere keramischen, Festkörperelektrolyten kann dabei insbesondere auch sauerstoffseitig auf eine Flüssigkeit, zum Beispiel ein Lösungsmittel oder Lösungsmittelgemisch oder eine Schmelze, verzichtet werden.
Im Rahmen einer weiteren Ausführungsform umfasst der Lithiumionen leitende anorganische, insbesondere keramische, Festkörperelektrolyt mindestens einen Lithiumionenleiter, welcher ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Lithiumionenleitern mit perowskitartiger Struktur beziehungsweise Perowskit des Perowskit-Typs, insbesondere eines Perowskit-Typs mit A-Leerstellen, NASICON-Lithiumionenleitern beziehungsweise Lithiumionenleitern des NASICON-Typs (englisch: NASICON-type lithium ion conductor, NASICON: sodium super-ionic conductor), LiSICON-Lithiumionenleitern beziehungsweise Lithiumionenleitern des LiSICON-Typs (englisch: LiSICON-type lithium ion conductors, LiSICON: lithium super-ionic conductor), Thio-LiSICON-Lithiumionenleitern Lithiumionenleitern des Thio-LiSICON-Typs, γ-Li₃PO₄-Lithiumionenleitern beziehungsweise Lithiumionenleitern γ-Li₃PO₄-Typs, Lithiumionenleitern mit granatartiger Struktur beziehungsweise Lithiumionenleitern des Granat-Typs, Lithiumionen leitenden Verbundwerkstoffen, amorphen, anorganischen Lithiumionenleitern, LiPON-Lithiumionenleitern beziehungsweise Lithiumionenleitern des LiPON-Typs (englisch: LiPON-type lithium ion conductors, LiPON: lithium phorsphorus oxinitride), LiSON-Lithiumionenleitern beziehungsweise Lithiumionenleitern des LiSON-Typs (englisch: LiSON-type lithium ion conductors, LiSON: lithium sulfur oxinitride), Li-POS-Lithiumionenleitern beziehungsweise Lithiumionenleitern des LiPOS-Typs (englisch: LiPOS-type lithium ion coductors, LiPOS: lithium phorsphorus oxisulfide), LiBSO-Lithiumionenleitern beziehungsweise Lithiumionenleitern des LiBSO-Typs (englisch: LiBSO-type lithium ion conductors, LiBSO: lithium-borate-sulfate oder lithium borate-lithium sulfate glass), LiSIPON-Lithiumionenleitern beziehungsweise Lithiumionenleitern des LiSIPON-Typs (englisch: LiSIPON-type lithium ion conductors, LiSIPON: lithium silicon phosphorus oxinitride) und Mischungen beziehungsweise Kombinationen davon. Insbesondere kann der Lithiumionen leitende anorganische, insbesondere keramische, Festkörperelektrolyt aus mindestens einem Lithiumionenleiter ausgebildet sein, welcher ausgewählt aus der vorstehenden Gruppe ausgewählt ist.
Der Lithiumionen leitende anorganische, insbesondere keramische, Festkörperelektrolyt kann beispielsweise ein Lithium-Lanthan(id)-Titanat, insbesondere Lithium-Lanthan-Titanat, mit perowskitartiger Struktur beziehungsweise des Perowskit-Typs (LLTO), zum Beispiel der allgemeinen Formel: Li_3aLn_(2/3)-a☐_(1/3)-2aTiO₃ beziehungsweise Li_3aLn_0,67-aTiO₃, umfassen oder daraus ausgebildet sein, wobei Ln für ein Lanthanid oder eine Mischung aus mehreren Lanthaniden, insbesondere Lanthan, steht und wobei 0 < a ≤ 0,16, insbesondere 0,04 ≤ a ≤ 0,15, vorzugsweise a = 0,1 beziehungsweise a = 0,11, ist. Zum Beispiel kann der Lithiumionen leitende anorganische, insbesondere keramische, Festkörperelektrolyt Li_0.3La_0.57TiO₃ umfassen oder daraus ausgebildet sein.
Unter Lanthaniden kann insbesondere die Gruppe aus Lanthan, Cer, Praseodym, Neodym, Promethium, Samarium, Europium, Gadolinium, Terbium, Dysprosium, Holmium, Erbium, Thulium, Ytterbium und Lutetium verstanden werden.
Lithium-Lanthan(id)-Titanate des Perowskit-Typs können beispielsweise im Rahmen einer Festkörpersynthese, beispielsweise aus Li₂CO₃, La₂O₃ und TiO₂ (Anatase), bei Temperaturen von über 600 °C, beispielsweise zunächst 2 h bei 650 °C und anschließend 12 h bei 800 °C, hergestellt werden. Anschließend kann das Produkt gemahlen und gepresst werden. Vorzugsweise wird das Produkt anschließendes, beispielsweise 1 h bei 1300 °C, gesintert/getempert. Durch das Tempern kann vorteilhafterweise die Lithiumionenleitfähigkeit erhöht werden. Vorzugsweise werden derartig hergestellte Lithium-Lanthan(id)-Titanate des Perowskit-Typs im Anschluss an das Tempern gequencht, also schnell abgekühlt. Auf diese Weise kann die Lithiumionenleitfähigkeit weiter erhöht werden.
Lithium-Lanthan(id)-Titanate des Perowskit-Typs können jedoch auch im Rahmen einer Sol-Gel-Synthese, beispielsweise aus La(NO₃)₃·6 H₂O und LiNO₃ in Wasser und Ti(OC₃H₇)₄ in 1-Propanol, beispielsweise zunächst 700 °C zur Gelbildung, anschließend 5h bei 95 °C und/oder 12h bei 100 °C zum Trocknen, dann 12h bei 400–700 °C zur Zersetzung, hergestellt werden. Vorzugsweise wird das Produkt anschließendes, beispielsweise 1 h bei 1300 °C, gesintert/getempert. Durch das Tempern kann vorteilhafterweise die Lithiumionenleitfähigkeit erhöht werden. Vorzugsweise werden derartig hergestellte Lithium-Lanthan(id)-Titanate des Perowskit-Typs im Anschluss an das Tempern langsam beispielsweise mit einer Abkühlrate von 100 °C/h, abgekühlt. Auf diese Weise kann die Lithiumionenleitfähigkeit weiter erhöht werden.
Der Lithiumionen leitende anorganische, insbesondere keramische, Festkörperelektrolyt kann beispielsweise einen NASICON-Lithiumionenleiter beziehungsweise einen Lithiumionenleiter des NASICON-Typs der allgemeinen Formel: A_1+b[M¹ _2-bM² _b(PO₄)₃] umfassen oder daraus ausgebildet sein, wobei
A für ein einwertiges Element oder eine Mischung aus mehreren einwertigen Elementen, insbesondere für Li und/oder Na,
M¹ für ein vierwertiges Element oder eine Mischung aus vierwertigen Elementen, insbesondere für Ge, Ti, Zr oder eine Mischung davon,
M² für ein dreiwertiges Element oder eine Mischung aus dreiwertigen Elementen, insbesondere für Al, Cr, Ga, Fe, Sc, In, Lu, Y, La oder eine Mischung davon,
steht und wobei 0 ≤ b ≤1 ist. Beispiele hierfür sind LiGe₂(PO₄)₃ und Li_1,3Al_0,3Ti_1,7(PO₄)₃ (LATP). Insbesondere durch dreiwertige Kationen, welche kleiner als Aluminiumionen sind, kann die Lithiumionenleitfähigkeit erhöht werden.
Beispielsweise kann der Lithiumionen leitende anorganische, insbesondere keramische, Festkörperelektrolyt ein Lithium-Germanat, insbesondere der allgemeinen Formel: Li_2+2cZn_1-cGeO₄ mit 0 < c < 1, beispielsweise Li₁₄ZnGe₄O₁₆, und/oder ein Lithium-Germanium-Sulfid, insbesondere des Li₂S-Ga₂S₃-GeS₂-Typs beziehungsweise der allgemeinen Formel: Li_4+dGe_1-dGa_dS₄ mit 0,15 ≤ d ≤ 0,35, und/oder ein Lithium-Germanium/Silizium/Phosphor-Sulfid, insbesondere der allgemeinen Formel: Li_4-e(Ge/Si)_1-eP_eS₄ mit 0,5 ≤ e < 1, zum Beispiel Li_3,25Ge_0,25P_0,75S₄ oder Li_3,4Si_0,4P_0,6S₄ (6,4·10^–4 S/cm), umfassen oder daraus ausgebildet sein.
Der Lithiumionen leitende anorganische, insbesondere keramische, Festkörperelektrolyt kann beispielsweise ein Lithiumionenleiter mit granatartiger Struktur beziehungsweise ein Lithiumionenleiter des Granat-Typs der allgemeinen Formel: Li_5+f+2gLn_3-fM³ _fM⁴ _gM⁵ _2-gO₁₂ umfassen oder daraus ausgebildet sein, wobei
Ln für ein Lanthanid oder eine Mischung aus mehreren Lanthaniden, insbesondere La, Pr, Nd, Sm, Eu oder eine Mischung davon,
M³ für ein zweiwertiges Element oder eine Mischung aus mehreren zweiwertigen Elementen, insbesondere Ba, Sr, Ca oder eine Mischung davon,
M⁴ für dreiwertiges Element oder eine Mischung aus mehreren dreiwertigen Elementen, insbesondere Indium,
M⁵ für fünfwertiges Element oder eine Mischung aus Mehreren dreiwertigen Elementen, insbesondere Ta, Nb, Sb oder eine Mischung davon,
steht und wobei 0 ≤ f ≤ 1 und 0 ≤ g ≤ 0,35 ist. Beispielsweise kann die mindestens eine Lithiumionen leitende, anorganische Festkörperelektrolytschicht Li₅La₃Ta₂O₁₂, Li₆La₂BaTa₂O₁₂, Li_5,5La₃Nb_1,75In_0,25O₁₂, Li₅(La/Pr/Nd/Sm/Eu)₃Sb₂O₁₂ und/oder Li₆Sr(La/Pr/Nd/Sm/Eu)₂Sb₂O₁₂ umfassen.
Ein Lithiumionen leitender Verbundwerkstoff kann beispielsweise mindestens einer Lithiumionen leitenden Verbindung, beispielsweise LiJ und/oder Li₂O, und mindestens einer, insbesondere mesoporen, Lithiumionen nichtleitenden Verbindung, beispielsweise Al₂O₃ und/oder B₂O₃, umfassen.
Als amorpher, anorganischer Lithiumionenleiter kann beispielsweise ein mechanisch behandelter, insbesondere (kugelmühlen-)gemahlener, amorpher, anorganischer, Lithiumionleiter, beispielsweise kugelmühlen-gemahlenes LiNbO₃ oder LiTaO₃, und/oder ein Lithiumionen leitendes, oxid- und/oder schwefelbasiertes Glas, beispielsweise mit Ga₂S₃ und/oder LaS₃ dotiertes GeS₂-Li₂S-LiJ oder mit P₂S₅ und/oder LiJ und/oder Li₄SiO₄ dotiertes Li₂S-SiS₂, verwendet werden.
Ein LiPON-Lithiumionenleiter beziehungsweise Lithiumionenleiter des LiPON-Typs kann zum Beispiel Li_2,88PO_3,73N_0,14 und/oder Li_3,0PO_2,0N_1,2 sein.
Ein LiSON-Lithiumionenleiter beziehungsweise Lithiumionenleiter des LiSON-Typs kann zum Beispiel Li_0,29S_0,28O_0,35N_0,09 sein.
Ein LiPOS-Lithiumionenleiter beziehungsweise Lithiumionenleiter des LiPOS-Typs kann zum Beispiel 6LiJ-4Li₃PO₄-P₂S₅ sein.
Ein LiBSO-Lithiumionenleiter beziehungsweise Lithiumionenleiter des LiBSO-Typs kann zum Beispiel auf der allgemeinen Formel: (1-h)LiBO₂-hLi₂SO₄ basieren, wobei 0 < h < 1. Zum Beispiel kann ein LiBSO-Lithiumionenleiter beziehungsweise Lithiumionenleiter des LiBSO-Typs 0,3LiBO₂-0,7Li₂SO₄ sein.
Ein LiSIPON-Lithiumionenleiter beziehungsweise Lithiumionenleiter des LiSI-PON-Typs kann zum Beispiel Li_2,9Si_0,45PO_1,6N1,3₄ sein.
Im Rahmen einer weiteren Ausführungsform umfasst das Interkalationsmaterial mindestens ein Element der 4. Hauptgruppe. Beispielsweise kann das Interkalationsmaterial Kohlenstoff und/oder Silicium umfassen. Derartige Interkalationsmaterialien haben sich für den Einsatz in einer negativen Elektrode einer Lithium-Luft-Zelle als besonderes vorteilhaft erwiesen.
Im Rahmen einer weiteren Ausführungsform umfasst das Interkalationsmaterial Kohlenstoff.
Im Rahmen einer speziellen Ausgestaltung dieser Ausführungsform umfasst das Interkalationsmaterial mindestens ein Material, welches ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Graphit, insbesondere Naturgraphit und/oder synthetischem Graphit, Hardcarbons, Softcarbons, Kohlenstoffnanoröhrchen (Carbonanotubes), Graphen und Kombinationen davon. Geeignete Hardcarbons und Softcarbons sind zum Beispiel bei der Firma Hitachi Chemicals erhältlich.
Besonders gute Ergebnisse konnten mit Graphit, einem dreidimensional geordneter Festkörper, in dessen Struktur ein Lithiumatom auf sechs Kohlenstoffatome eingelagert wird (Li₁C₆), erzielt werden. Bei der elektrochemischen Reaktion dient der Graphit C₆ als Wirtsstruktur, was bedeutet, dass dieser stabil bleibt und nicht an der eigentlichen elektrochemischen Reaktion teilnimmt. Die elektrochemische Reaktion eines Systems aus mit Lithium interkaliertem Graphit und Sauerstoff kann durch die folgende Reaktionsgleichung: 2C₆Li + O₂ → 2C₆ Li₂O₂ beschrieben werden, welche mit einem Potential E₀ = 3,05 V einhergeht. Überraschenderweise erfolgt dabei elektrochemisch eine analoge Reaktion zu metallischem Lithium. Erfreulicherweise entspricht das Potential der Graphit basierten elektrochemischen Reaktion annähernd dem Potential der elektrochemischen Reaktion eines herkömmlichen Systems aus metallischem Lithium und Sauerstoff, welche durch die folgende Reaktionsgleichung: 2Li+ O₂ → Li₂O₂ beschrieben werden kann und welches E₀ = 3,10 V beträgt.
Zudem zeichnet sich Graphit vorteilhafterweise durch eine gute elektrische Leitfähigkeit aus, was sich vorteilhaft auf die Hochstromfähigkeit und Belastbarkeit der Zelle auswirkt.
Es ist jedoch auch möglich sogenannte Soft- und/oder Hardcarbons, welche zufällig übereinander angeordnete, zweidimensionale Graphen-Ebenen aufweisen, und/oder Kohlenstoffnanoröhrchen (Carbonanotubes) und/oder Graphen einzusetzen.
Im Rahmen einer weiteren Ausführungsform umfasst das Interkalationsmaterial sphärische und/oder schuppenförmige, insbesondere pantoffelförmige, Partikel, insbesondere aus Kohlenstoff und/oder Silizium. Gegebenenfalls kann das Interkalationsmaterial ausschließlich sphärische und/oder schuppenförmige, insbesondere pantoffelförmige, Partikel, insbesondere aus Kohlenstoff und/oder Silizium, und beispielsweise keine faserförmigen Partikel, insbesondere aus Kohlenstoff und/oder Silizium, umfassen. Zum Beispiel kann das Interkalationsmaterial sphärisches oder schuppenförmiges, insbesondere pantoffelförmiges, Graphit, insbesondere Naturgraphit und/oder synthetisches Graphit, und/oder Hardcarbons und/oder Softcarbons und/oder Kohlenstoffnanoröhrchen und/oder Graphen umfassen oder daraus ausgebildet sein. Sphärische und/oder schuppenförmige, insbesondere pantoffelförmige, Partikel weisen, insbesondere verglichen mit faserförmigen Partikeln, den Vorteil auf, dass die Auslagerung der Lithiumionen schneller von statten gehen kann als bei faserförmigen Partikeln. Zudem ist die BET-Oberfläche bei sphärischen oder schuppenförmigen, insbesondere pantoffelförmigen, Partikeln in der Regel kleiner als bei Fasern, so dass bei der SEI-Bildung (SEI, englisch: solide electrolyte interphase) während der Formation weniger Lithium irreversibel verbraucht wird, was sich vorteilhaft auf die Kapazität und Energiedichte auswirken kann.
Beim Einsatz von Graphit, Hardcarbons, Softcarbons, Kohlenstoffnanoröhrchen und/oder Graphen, insbesondere Graphit, Soft- und/oder Hardcarbons, ist es möglich, dass das Interkalationsmaterial ≥ 1 Gew.-% bis ≤ 100 Gew.-%, beispielsweise ≥ 10 Gew.-% bis ≤ 100 Gew.-%, Kohlenstoff, insbesondere bezogen auf das Gesamtgewicht des Interkalationsmaterials im unlithiierten Zustand des Interkalationsmaterials, umfasst.
Im Rahmen einer weiteren Ausführungsform umfasst das Interkalationsmaterial Kohlenstoff und Silicium. Ein Interkalationsmaterial, welches sowohl Kohlenstoff als auch Silicium umfasst, hat gegenüber reinem Kohlenstoff eine deutlich erhöhte spezifische Kapazität und gegenüber reinem Silizium ein deutlich besseres Zyklenverhalten.
Durch reines Graphit kann beispielsweise eine spezifische Kapazität von 372 Ah/g erzielt werden. Durch eine Kohlenstoff-Silizium-Mischung oder einen Kohlenstoff-Silizium-Kompositwerkstoff mit einem Siliziumgehalt von 5 Gew.-% kann hingegen eine spezifische Kapazität von etwa 500 Ah/g erzielt werden, wobei durch einen Siliziumgehalt von 10 Gew.-% eine spezifische Kapazität von etwa 700 Ah/g und durch Siliziumgehalt von 20 Gew.-% sogar eine spezifische Kapazität von etwa 900 Ah/g erzielt werden kann.
Zum Beispiel kann das Interkalationsmaterial dabei ≥ 10 Gew.-% bis ≤ 99 Gew.-% Kohlenstoff und/oder ≥ 1 Gew.-% bis ≤ 90 Gew.-% Silicium, insbesondere bezogen auf das Gesamtgewicht des in dem Interkalationsmaterials enthaltenen Kohlenstoffs und Siliziums, beispielsweise bezogen auf das Gesamtgewicht des Interkalationsmaterials im unlithiierten Zustand des Interkalationsmaterials, umfassen.
Im Rahmen einer bevorzugten Ausgestaltung umfasst das Interkalationsmaterial ≥ 75 Gew.-% bis ≤ 95 Gew.-% Kohlenstoff und/oder ≥ 5 Gew.-% bis ≤ 25 Gew.-% Silicium, insbesondere bezogen auf das Gesamtgewicht des in dem Interkalationsmaterials enthaltenen Kohlenstoffs und Siliziums, beispielsweise bezogen auf das Gesamtgewicht des Interkalationsmaterials im unlithiierten Zustand des Interkalationsmaterials.
Im Rahmen einer Ausgestaltung dieser Ausführungsform umfasst das Interkalationsmaterial eine Mischung beziehungsweise ein so genanntes Blend, welche Kohlenstoffpartikel und Siliziumpartikel, insbesondere Nanosilizium, umfasst. Als Kohlenstoffpartikel können beispielsweise Graphitpartikel, Hardcarbons-Partikel, Softcarbons-Partikel, Kohlenstoffnanoröhrchen (Carbonanotubes) und/oder Graphen-Partikel eingesetzt werden.
Derartige Mischungen beziehungsweise Blends können durch Mischen der Komponenten hergestellt werden.
Zum Beispiel kann eine Kohlenstoff-Silizium-Mischung beziehungsweise ein Interkalationsmaterial eingesetzt werden, welche/s ≥ 10 Gew.-% bis ≤ 99 Gew.-%, insbesondere ≥ 75 Gew.-% bis ≤ 95 Gew.-%, Kohlenstoffpartikel und ≥ 1 Gew.-% bis ≤ 90 Gew.-%, insbesondere ≥ 5 Gew.-% bis ≤ 25 Gew.-%, Siliziumpartikel, insbesondere Nanosilizium, insbesondere bezogen auf das Gesamtgewicht der Kohlenstoff-Silizium-Mischung beziehungsweise bezogen auf das Gesamtgewicht des Interkalationsmaterials im unlithiierten Zustand des Interkalationsmaterials, umfasst oder daraus besteht.
Im Rahmen einer anderen alternativen oder zusätzlichen Ausgestaltung dieser Ausführungsform umfasst das Interkalationsmaterial ein Kohlenstoff-Silizium-Kompositmaterial, insbesondere Kohlenstoff-Silizium-Kompositpartikel, zum Beispiel Kohlenstoffpartikel, die zumindest teilweise mit einer Schicht aus Silizium, insbesondere einer Schicht aus amorphem Silizium, beschichtet sind. Derartig Kompositmaterialien, insbesondere mit Silizium beschichtete Kohlenstoffpartikel, können beispielsweise dadurch hergestellt werden, dass ein Silizium-Precursor, insbesondere in flüssiger Form, auf Kohlenstoffpartikel, insbesondere die Oberfläche der Kohlenstoffpartikel, aufgebracht wird und der Silizium-Precursor unter Ausbildung von metallischem Silizium, beispielsweise thermisch und/oder strahlungsinduziert, zersetzt wird.
Als Kohlenstoffpartikel können beispielsweise Graphitpartikel, Hardcarbons-Partikel, Softcarbons-Partikel, Kohlenstoffnanoröhrchen (Carbonanotubes) und/oder Graphen-Partikel eingesetzt werden.
Unter einem Silizium-Precursor kann insbesondere eine Substanz beziehungsweise chemische Verbindung verstanden werden, die- beispielsweise durch Erwärmung und/oder Bestrahlung, zersetzt werden kann, wobei metallisches Silizium abgeschieden wird.
Als Silizium-Precursor kann beispielsweise mindestens ein Silan, insbesondere oligomeres oder polymeres Silan, beispielsweise mit mindestens 10 Siliziumatomen in einer/der Siliziumkette, eingesetzt werden.
Eine thermische Zersetzung des Silizium-Precursors kann beispielsweise durch eine Temperatur von mehr als 300 °C bewirkt werden.
Zum Beispiel kann als Kohlenstoff-Silizium-Kompositmaterial ein in der Druckschrift DE 10 2008 063 552 A1 beschriebenes Material eingesetzt werden.
Beispielsweise kann das Interkalationsmaterial Kohlenstoffpartikel und/oder Siliziumpartikel und/oder Kohlenstoff-Silizium-Kompositmaterialpartikel umfassen.
Insbesondere kann das Interkalationsmaterial eine Mischung aus Kohlenstoffpartikeln und Siliziumpartikeln oder eine Mischung aus Kohlenstoffpartikeln und Kohlenstoff-Silizium-Kompositmaterialpartikeln oder eine Mischung aus Siliziumpartikeln und Kohlenstoff-Silizium-Kompositmaterialpartikeln oder eine Mischung aus Kohlenstoffpartikeln, Siliziumpartikeln und Kohlenstoff-Silizium-Kompositmaterialpartikeln umfassen.
Neben dem Interkalationsmaterial kann die negative Elektrode insbesondere noch mindestens ein Bindemittel, insbesondere mindestens einen Elektrodenbinder, beispielsweise Polyvinylidenfluorid (PVDF) und/oder Polyvinylidenhexafluoropropylen-Copolymer (PVdF-HFP) und/oder wässrige Binder, wie Cellulose, zum Beispiel Carboxymethylcellulose (CMC), und/oder Styrolbutadienkautschuk (SBR, englisch: styrene butadiene rubber), umfassen.
Dabei kann die Menge an Bindemittel in Summe bis zu 10 Gew.-%, beispielsweise ≥ 1 Gew.-% bis ≤ 10 Gew.-%, insbesondere bezogen auf das Gesamtgewicht der negativen Elektrode im unlithiierten Zustand, betragen.
Weiterhin kann das die negative Elektrode mindestens ein Additiv zur Erhöhung der elektrischen Leitfähigkeit, beispielsweise Leitruß, Leitgraphit und/oder Kohlenstoffnanoröhrchen (Carbonanotubes), umfassen.
Dabei kann die Menge an Additiven zur Erhöhung der elektrischen Leitfähigkeit, insbesondere bezogen auf das Gesamtgewicht der negativen Elektrode im unlithiierten Zustand, bis zu 11 Gew.-%, insbesondere bis zu 5 Gew.-%, betragen. Beispielsweise können, insbesondere bezogen auf das Gesamtgewicht der negativen Elektrode im unlithiierten Zustand, bis zu 3 Gew.-% Leitruß und/oder bis zu 3 Gew.-% Leitgraphit und/oder bis zu 5 Gew.-% Kohlenstoffnanoröhrchen (Carbonanotubes) enthalten sein.
Insgesamt kann die negative Elektrode, insbesondere bezogen auf das Gesamtgewicht der negativen Elektrode im unlithiierten Zustand, beispielsweise:
≥ 10 Gew.-% bis ≤ 99 Gew.-% oder ≤ 95 Gew.-%, beispielsweise ≥ 25 Gew.-% bis ≤ 90 Gew.-% oder ≤ 85 Gew.-% oder ≤ 80 Gew.-% oder ≤ 79 Gew.-%, an Interkalationsmaterial, insbesondere Kohlenstoff und Silizium,
bis zu 10 Gew.-%, beispielsweise ≥ 1 Gew.-% bis ≤ 10 Gew.-%, an Bindemitteln,
und
(optional) bis zu 11 Gew.-%, insbesondere bis zu 5 Gew.-%, beispielsweise ≥ 1 Gew.-% bis ≤ 10 Gew.-% oder ≤ 5 Gew.-%, an Additiven zur Erhöhung der elektrischen Leitfähigkeit,
umfassen, insbesondere wobei die Mengen an Kohlenstoff, Silizium und Bindemittel (und Additiven zur Erhöhung der elektrischen Leitfähigkeit) insgesamt in Summe 100 Gew.-% ergeben.
In der Lithium-Luft-Zelle ist das Interkalationsmaterial insbesondere lithiiert. Dabei kann unter lithiiert insbesondere verstanden werden, dass das das Interkalationsmaterial Lithiumatome enthält.
Das Interkalationsmaterial kann beispielsweise chemisch mit Lithium beladen werden. Zur Herstellung der negativen Elektrode und zur Lithiierung des Interkalationsmaterials können aus der Lithium-Ionen-Technologie bekannte Verfahren eingesetzt werden. Dabei können dünne Lithium-Folien oder Lithiumpulver, beispielsweise von der Firma FMC, eingesetzt werden, welche in die Elektrode gepresst werden. Nach 7–10 Tagen entsteht unter Luft-und Feuchteausschluss der lithiierte Graphit Li₁C₆. Damit kann eine erfindungsgemäße Zelle nicht nur elektrisch, sondern auch chemisch formiert werden.
Die positive Elektrode kann insbesondere porös sein und beispielsweise als elektrischer Leiter für die Sauerstoffreaktion dienen.
Im Rahmen einer weiteren Ausführungsform umfasst die positive Elektrode dafür eine poröse und elektrisch leitende Matrix. Die Matrix kann insbesondere in Form einer Schicht ausgebildet sein, welche an den Separator angrenzt. Die Matrix kann dabei Metallpulver, zum Beispiel Kupferpulver, und/oder elektrisch leitende Kohlenstoffmodifikationen, wie Leitruß, Leitgraphit und/oder Kohlenstoffnanoröhrchen, enthalten.
Im Rahmen einer weiteren Ausführungsform umfasst die positive Elektrode, insbesondere die poröse und elektrisch leitende Matrix der positiven Elektrode, mindestens ein Material, welches ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Leitruß, Leitgraphit, Kohlenstoffnanoröhrchen, Metallpulvern, beispielsweise Kupferpulver, und Mischungen davon.
Im Rahmen einer speziellen Ausgestaltung umfasst die positive Elektrode eine poröse und elektrisch leitende Kohlenstoffmatrix. Die Kohlenstoffmatrix kann insbesondere in Form einer Schicht ausgebildet sein, welche an den Separator angrenzt. Die Kohlenstoffmatrix kann eine, insbesondere Lithiumionen leitende, Flüssigkeit, beispielsweise Elektrolytflüssigkeit und/oder ionische Flüssigkeit, zum Beispiel in gelifizierter Form, und/oder ein Polymer, beispielsweise einen Polymerelektrolyten, und/oder einen, insbesondere Lithiumionen leitenden, beispielsweise anorganischen, Feststoff, enthalten.
Im Rahmen einer weiteren Ausführungsform umfasst die positive Elektrode mindestens einen Katalysator. Als Katalysator können beispielsweise Manganoxide und/oder Palladium eingesetzt werden. Der mindestens eine Katalysator kann dabei in die positive Elektrode, insbesondere in die Matrix der positiven Elektrode, beispielsweise die Kohlenstoffmatrix, integriert und/oder in Form einer, insbesondere porösen, Katalysatorschicht auf der von dem Separator abgewandten Seite der positiven Elektrode, insbesondere der Matrix der positiven Elektrode, beispielsweise der Kohlenstoffmatrix, ausgebildet, beispielsweise aufgebracht, sein.
Hinsichtlich weiterer technischer Merkmale und Vorteile der Lithium-Luft-Zelle wird hiermit explizit auf die Erläuterungen im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Lithium-Luft-Akkumulator, dem erfindungsgemäßen mobilen oder stationären System und der Figur verwiesen.
Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Lithium-Luft-Akkumulator beziehungsweise eine Lithium-Luft-Batterie, welche/r mindestens zwei erfindungsgemäße Lithium-Luft-Zellen umfasst.
Hinsichtlich weiterer technischer Merkmale und Vorteile des Lithium-Luft-Akkumulators beziehungsweise der Lithium-Luft-Batterie wird hiermit explizit auf die Erläuterungen im Zusammenhang mit der erfindungsgemäße Lithium-Luft-Zelle, dem erfindungsgemäßen mobilen oder stationären System und der Figur verwiesen.
Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein mobiles oder stationäres System, welches mindestens eine erfindungsgemäßes Lithium-Luft-Zelle und/oder mindestens einen erfindungsgemäßen Lithium-Luft-Akkumulator beziehungsweise Lithium-Luft-Batterie umfasst. Beispielsweise kann es sich bei dem mobilen oder stationären System um ein Fahrzeug, wie ein Hybrid-Elektrofahrzeug (HEV), ein Plug-in-Hydrid-Elektrofahrzeug (PHEV), ein Elektrofahrzeug (EV) oder ein Mikrohybrid-Fahrzeug, ein Energiespeichersystem, zum Beispiel für ein Gebäude oder eine Anlage oder ein Gerät zur Telekommunikation und/oder Datenverarbeitung, wie ein Mobiltelefon, ein MP3-Player, oder ein Werkzeug, handeln.
Hinsichtlich weiterer technischer Merkmale und Vorteile des mobilen oder stationären Systems wird hiermit explizit auf die Erläuterungen im Zusammenhang mit der erfindungsgemäße Lithium-Luft-Zelle, dem erfindungsgemäßen Lithium-Luft-Akkumulator und der Figur verwiesen.
Zeichnung
Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Gegenstände werden durch die Zeichnung veranschaulicht und in der nachfolgenden Beschreibung erläutert. Dabei ist zu beachten, dass die Zeichnung nur beschreibenden Charakter hat und nicht dazu gedacht ist, die Erfindung in irgendeiner Form einzuschränken. Es zeigt
1 einen schematischen Querschnitt durch eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Lithium-Luft-Zelle.
1 zeigt, dass die Lithium-Luft-Zelle eine negative Elektrode 1, eine positive Elektrode 2 und Separator 3 umfasst.
Der Separator 3 ist dabei ein Lithiumionen leitender anorganischer Festkörperelektrolyt, welcher derart zwischen der negativen Elektrode 1 und der positiven Elektrode 2 angeordnet ist, dass er einerseits direkt an die negative Elektrode 1 und andererseits direkt an die positive Elektrode 2 angrenzt.
Die negative Elektrode 1 umfasst ein Interkalationsmaterial, in welches Lithium reversibel interkalierbar und deinterkalierbar, also einlagerbar und wieder auslagerbar, ist. Das Interkalationsmaterial kann insbesondere mindestens ein Element der 4. Hauptgruppe umfassen. Beispielsweise kann das Interkalationsmaterial Kohlenstoff, zum Beispiel in Form von Graphit, Hardcarbons und/oder Softcarbons, oder ein kohlenstoff- und siliciumhaltiges Material, beispielsweise mit ≥ 10 Gew.-% bis ≤ 99 Gew.-% Kohlenstoff und ≥ 1 Gew.-% bis ≤ 90 Gew.-% Silicium, sein.
Die positive Elektrode 2 ist eine Sauerstoffelektrode, welche eine an den Separator 3 angrenzende poröse Kohlenstoffmatrix-Schicht 2a und eine auf die Kohlenstoffmatrix aufgebrachte, insbesondere poröse, Katalysator-Schicht 2b umfasst. Die Kohlenstoffmatrix kann beispielsweise Ruß, Leitgraphit, Kohlenstoffnanoröhrchen und Mischungen davon umfassen.
1 veranschaulicht, dass Sauerstoff O₂, beispielsweise aus der atmosphärischen Luft, über die poröse, Kohlenstoff basierte Schicht 2a in die Zelle eintritt und eines der Aktivmaterialien für die elektrochemische Reaktion darstellt.
Währen der Entladung können Lithiumionen aus dem Interkalationsmaterial der negativen Elektrode 1 durch den Lithiumionen leitenden anorganischen Festkörperelektrolyt-Separator 3 in Richtung auf die positive Elektrode 2 wandern und dort Lithium-Oxid bilden. Bei der Ladung erfolgt der umgekehrte Vorgang.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 5510209 [0003]
US 2011/0136007 A1 [0004]
US 2009/0053594 A1 [0005]
US 2010/0273066 A1 [0006]
US 2010/0291443 A1 [0007]
DE 102008063552 A1 [0060]

Claims

Lithium-Luft-Zelle, umfassend eine negative Elektrode (1), eine positive Elektrode (2) und einen zwischen der negativen Elektrode (1) und der positiven Elektrode (2) angeordneten Separator (3), wobei die negative Elektrode (1) ein Interkalationsmaterial umfasst, in welches Lithium reversibel interkalierbar und deinterkalierbar ist, wobei die positive Elektrode (2) eine Sauerstoffelektrode ist, und wobei der Separator (3) ein Lithiumionen leitender anorganischer, insbesondere keramischer, Festkörperelektrolyt ist.
Lithium-Luft-Zelle nach Anspruch 1, wobei das Interkalationsmaterial mindestens ein Element der 4. Hauptgruppe umfasst.
Lithium-Luft-Zelle nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Interkalationsmaterial Kohlenstoff umfasst.
Lithium-Luft-Zelle nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das Interkalationsmaterial mindestens ein Material umfasst, welches ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Graphit, insbesondere Naturgraphit und/oder synthetischem Graphit, Hardcarbons, Softcarbons, Kohlenstoffnanoröhrchen, Graphen und Mischungen davon.
Lithium-Luft-Zelle nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das Interkalationsmaterial Kohlenstoff und Silicium umfasst.
Lithium-Luft-Zelle nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei das Interkalationsmaterial sphärische und/oder schuppenförmige Partikel aus Kohlenstoff und/oder Silizium umfasst.
Lithium-Luft-Zelle nach einem der Ansprüche 5 oder 6, wobei das Interkalationsmaterial ≥ 75 Gew.-% bis ≤ 95 Gew.-% Kohlenstoff und ≥ 5 Gew.-% bis ≤ 25 Gew.-% Silicium, bezogen auf das Gesamtgewicht des in dem Interkalationsmaterials enthaltenen Kohlenstoffs und Siliziums, umfasst.
Lithium-Luft-Zelle nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei das Interkalationsmaterial eine Mischung aus Kohlenstoffpartikeln und Siliziumpartikeln oder eine Mischung aus Kohlenstoffpartikeln und Kohlenstoff-Silizium-Kompositmaterialpartikeln oder eine Mischung aus Siliziumpartikeln und Kohlenstoff-Silizium-Kompositmaterialpartikeln oder eine Mischung aus Kohlenstoffpartikeln, Siliziumpartikeln und Kohlenstoff-Silizium-Kompositmaterialpartikeln umfasst.
Lithium-Luft-Zelle nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei der Lithiumionen leitende anorganische Festkörperelektrolyt mindestens einen Lithiumionenleiter umfasst, welcher ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Lithiumionenleitern mit perowskitartiger Struktur, NASICON-Lithiumionenleitern, LiSICON-Lithiumionenleitern, Thio-LiSICON-Lithiumionenleitern, γ-Li₃PO₄-Lithiumionenleitern, Lithiumionenleitern mit granatartiger Struktur, Lithiumionen leitenden Verbundwerkstoffen, amorphen, anorganischen Lithiumionenleitern, LiPON-Lithiumionenleitern, LiSON-Lithiumionenleitern, LiPOS-Lithiumionenleitern, LiBSO-Lithiumionenleitern, LiSIPON-Lithiumionenleitern und Kombinationen davon.
Lithium-Luft-Zelle nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei der Separator (3) einerseits direkt an die negative Elektrode (1) und andererseits direkt an die positive Elektrode (2) angrenzt.
Lithium-Luft-Zelle nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei die positive Elektrode (2) mindestens ein Material umfasst, welches ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Leitruß, Leitgraphit, Kohlenstoffnanoröhrchen, Metallpulvern und Mischungen davon.
Lithium-Luft-Zelle nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei die positive Elektrode (2) mindestens einen Katalysator, insbesondere Manganoxide und/oder Palladium, umfasst.
Lithium-Luft-Zelle nach einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei die positive Elektrode (2) eine poröse und elektrisch leitende Matrix (2a), insbesondere Kohlenstoffmatrix, umfasst, welche in Form einer an den Separator (3) angrenzenden Schicht (2a) ausgebildet ist, wobei der mindestens eine Katalysator in die Matrix (2a) integriert ist und/oder in Form einer, insbesondere porösen, Katalysatorschicht (2b) auf der von dem Separator (3) abgewandten Seite der Matrix (2a) ausgebildet ist.
Lithium-Luft-Akkumulator umfassend mindestens zwei Lithium-Luft-Zellen nach einem der Ansprüche 1 bis 13.
Mobiles oder stationäres System, umfassend mindestens eine Lithium-Luft-Zelle nach einem der Ansprüche 1 bis 13 und/oder mindestens einen Lithium-Luft-Akkumulator nach Anspruch 14.