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Lithium-Thionylchlorid: „Eine Primärbatterie ist Vertrauenssache“
Lithium-Thionylchlorid: „Eine Primärbatterie ist Vertrauenssache“
Produzierten sie einen Podcast, hieße dieser vermutlich „Batterietechnologisches Herrengedeck“: Kurt Korn und Robert Pilz sind Geschäftspartner. An der Schnittstelle zwischen „Distributor“ und „Hersteller“ haben sie über viele Jahrzehnte hinweg eng zusammengearbeitet. Gemeinsam bringen sie es fast auf ein Jahrhundert an Erfahrung und Know-how im Bereich Batterie. Kurt Korn ist Technischer Außendienst für Batterielösungen der Omnitron Griese GmbH. Robert Pilz lebt aktiv seinen Ruhestand, gilt jedoch in der Branche weiterhin als ausgewiesener Primärzellen-Experte. Er hat Ende der 1970er-Jahre neue Lithium-Technologien, unter anderem Primärzellen auf der Basis von Lithium-Thionylchlorid, in den deutschen Markt eingeführt. Gemeinsam beantworten die beiden Batterie-Spezialisten unsere Fragen rund um die Zellchemie Lithium-Thionylchlorid in einem Interview-Doppel:
Ist Lithium-Thionylchlorid die beste Zellchemie für eine Primärbatterie?
Kurt Korn: „Die beste Zellchemie gibt es – jedoch immer nur für eine spezielle Anwendung. Zellen auf der Basis von Lithium-Thionylchlorid sind optimal, wenn die Applikation keine hohen Ströme erfordert und das Aufladen von Akkumulatoren nicht möglich ist. Sie haben die höchste Energiedichte unter den Primärzellen und sind bei sehr geringen Strömen äußerst langlebig. Ihre Selbstentladungsrate liegt unter einem Prozent. Sie laufen nicht aus und sind äußerst temperaturbeständig. Somit sind Lithium-Thionylchlorid-Zellen auch extrem lange und sicher lagerfähig. Allerdings gibt es bei längerer Inaktivität eine Besonderheit zu beachten.“
Was ist bei der Lagerung von Zellen mit Lithium-Thionylchlorid zu beachten?
Robert Pilz: „Die Herausforderung der Zellchemie Lithium-Thionylchlorid liegt in ihrer Passivierungsschicht. Sie bildet sich während der Lagerung auf der Lithium-Oberfläche und verhindert die Selbstentladung der Zellen. Die erste Energie nach Inbetriebnahme der Batterie baut diese Passivierungsschicht wieder ab – was allerdings zu einem deutlichen Spannungsabfall führt. Es muss daher sichergestellt werden, dass die Spannung dabei niemals unter die Minimalspannung zum Start der Applikation fallen kann. Ein Beispiel aus der Praxis verdeutlicht diese Anforderung: Vor geraumer Zeit haben Produktentwickler von Basalthermometern eine Lithium-Thionylchlorid-Batterie ausführlich in ihrem Labor getestet und für gut befunden. Daraufhin hat die Firma dreißigtausend dieser Li-SOCl2-Batterien bestellt und in den Fieberthermometern für die Messung fruchtbarer Tage verbaut. Sie haben sie mit einer End-of-Life-Indikation von 2,5 Volt ausgestattet und fest verschweißt. Nach einigen Monaten im Lager zeigten die Geräte beim Einschalten ‚End of Life’ an und schalteten irreversibel ab. Dabei hatten die Zellen eine Restkapazität von mehr als 99 Prozent. Doch aufgrund des Design-in Fehlers war sie nicht mehr abrufbar. Die gesamte Charge war verloren. Der Grund: Während der Tests im Labor wurde die Batterie nie gelagert. Somit hatte sie keinen Passivierungsfilm aufgebaut und ihre Spannung lag während der Tests immer über den benötigten 2,5 Volt.“
Kurt Korn: „Während der Design-in-Phase können wir leicht sicherstellen, dass die geforderte Minimalspannung einer Lithium-Thionylchlorid-Batterie während ihrer gesamten Lebensdauer erhalten bleibt. Dies funktioniert über die Elektronik, die mithilfe von Indikationsimpulsen gelegentlich geringe Mengen Strom zieht, um die Passivierung auf dem gewünschten Niveau zu halten. Das ist für alle Anwendungen wichtig, die entweder über einen längeren Zeitraum gelagert werden oder monatelang schlummern, wie beispielsweise eine Notfalltaschenlampe. Als Batterieentwickler ist es daher wichtig, das vollständige Strom- und Temperaturprofil über die gesamte Lebensdauer der Anwendung sowie die Anforderung an die Geräte im Detail zu kennen. Nur so können wir die entsprechenden Werte berechnen, uns für oder gegen eine bestimmte Zellchemie entscheiden und gegebenenfalls Steuerungsmechanismen einbauen. Das saubere Design der Batterie ist ausschlaggebend für die Funktion und Qualität des Produkts.“
Warum gilt Lithium-Thionylchlorid als absolute Nischenanwendung?
Kurt Korn: „Ihre besonderen Eigenschaften machen Lithium-Thionylchlorid-Zellen oft zu einem Produkt für spezielle Anwendungen und besondere Aufgaben. Die hohe Energiedichte generiert bei kleinen Batteriegrößen viel Leistung. Sie sind auch mechanisch äußerst stabil und halten einer sehr weiten Temperaturspanne stand.“
Robert Pilz: „Unvergessen bleibt mir der Besuch einer Formel-1-Factory. Einer der Entwickler des Rennstalls war auf der Suche nach einer autonomen Stromversorgung für einen Sensor, der Daten bei Testfahrten eines neu entwickelten Formel-1-Boliden erfassen sollte. Die genauere Anwendung war – wie fast alles in den teils mit Sichtschutz versehenen Büros – geheim. Nur so viel: Die Batterie sollte möglichst viel Energie auf kleinstem Raum liefern und starken mechanischen Kräften durch Vibration und Schock sowie sehr hohen Temperaturen standhalten. Für diese Anwendung, war eine Lithium-Thionylchlorid-Batterie das Mittel der Wahl.“
Somit bedient die Zellchemie geringe Stückzahlen für emotionale und exklusive Highlights?
Robert Pilz: „Die Formel Eins ist natürlich ein freudiges Highlight für alle Rennsportfans und Autoliebhaber. Hochemotional kann es beispielsweise auch in der Anwendung des Tier-Trackings zugehen. Zuletzt haben wir dies in Deutschland medial verfolgen können, als ein Buckelwal in der Lübecker Bucht gestrandet ist und mit einem GPS-Sender versehen in die vermeintliche Freiheit geschleppt wurde. Doch abgesehen von diesem einzelnen, prominenten Wal ist die Praxis des Tier-Trackings recht weit verbreitet. Es dient der Erforschung und Dokumentation von Lebensweisen, Wanderrouten und Verhaltensmustern von Wildtieren. Dies bildet zum einen eine wesentliche Grundlage für den Naturschutz. Zum anderen spielt es in der Konflikt- und Risikobewältigung mit und für den Menschen und seinen Lebensraum eine wichtige Rolle.
Kurt Korn: „Für jegliche Tracking-Funktionen sind Zellen mit hoher Energiedichte erforderlich, die lange halten, leicht und klein sind sowie unterwegs nicht aufgeladen werden können. Die Zellchemie Lithium-Thionylchlorid liefert bei diesen Anforderungen die optimale Lösung. Und hier kommen wir dann auch in die Massenfertigung.“
In welchen Trends und Märkten liegt die serielle Zukunft des Lithium-Thionylchlorids?
Robert Pilz: „Das Tracking ist tatsächlich ein wachsender Markt. Mit zunehmender Mobilität und globaler wirtschaftlicher Vernetzung steigt auch der Bedarf an der Verfolgbarkeit von Waren und Werten. Hierfür sind sichere Systeme die Voraussetzung. Daher ist auch die gute Berechnung und Beratung im Vorfeld so wichtig. Primärzellen sind eine absolute Vertrauenssache. Sie bestimmen die Lebensdauer des Geräts.“
Kurt Korn: „Die Zukunft des Lithium-Thionylchlorids liegt somit in vielfältigen Anwendungen – sowohl bei äußerst geringen Stückzahlen für extreme Nischen als auch in seriellen Applikationen. Der Markt für Transponder-Chips boomt. Die Überwachung erfolgt über mehrere Klimazonen hinweg. Insbesondere das Container-Tracking ist ein Trend. Doch auch in den Bereichen Rauch- und Brandmelder, Alarmanlagen sowie Zählersysteme für Gas, Wasser oder Strom wird die Zellchemie mit Sicherheit jedem einzelnen von uns dauerhaft im Alltag erhalten bleiben.“