Grundsätzlich hat man zwei mit leitendem Material beschichtete Folien aus am ehesten Kupfer auf der Plus- und Aluminium auf der Minusseite, dazwischen ein mikroporöser Separator, der aber nicht nur, wie der Name schon sagt, die beiden Folien, Plus- und Minuspol voneinander fernhält, sondern auch noch den Durchlass für bestimmte Materialien beschränkt. Es ist noch eine weitere isolierende Schicht sozusagen unter diesen Aufbau nötig, die einen Kontakt und damit Kurzschluss z.B. beim Aufwickeln verhindert.

Lithium ist das Element, wonach die Batterie eigentlich benannt ist. Es ist schon für sich gesehen unglaublich leicht und man braucht auch nur sehr wenig davon. Eigentlich ist es das einzige Element einer Batterie, dass sich von der positiven Elektrode zur negativen und nachher wieder zurückbewegt. Dort wartet es gerade nicht auf der Oberfläche auf das nächste Laden oder Entladen, sondern ist nach Wikipedia 'im Wirtsgitter eines Trägermaterials gebunden'.

Sie können die Menge an benötigtem Lithium leicht selbst ausrechnen, wenn Sie von einem mittleren Wert von 100 Gramm pro kWh bei reinem Li ausgehen. Wir nehmen immer den großen Audi, bei dem die 95-kWh-Batterie 700 kg wiegt, dann wären wir bei 1,37 Prozent Li-Anteil bezogen auf das Gewicht der ganzen Batterie. Es ist halt das leichteste Feststoffelement überhaupt. Hinzu kommt, dass es sehr reaktiv ist, so dass es für den Menschen schon in Verbindung mit der Haut (-feuchtigkeit) gefährlich werden kann.

Obwohl er Separator heißt, lässt er die Lithium-Ionen in beide Richtungen passieren. Lithium ist allein zwar sehr instabil, ordnet sich aber auf der Plusseite innerhalb der Struktur eines Metalloxids als Wirtsgitter stabil ein. Zu Wanderungen kommt es, wenn wir ein Ladegerät anschließen. Dabei wird das Li auf der Plusseite im Prinzip in sein Elektron und das übrigbleibende, nun negativ geladene Rest-Atom getrennt. Während ersteres extern das Ladegerät passiert und dann erst auf die Minusseite trifft, wandert das Rest-Atom, auch Li-Ion genannt, von dieser angezogen durch den Separator direkt dorthin.

Voraussetzung für diese innere Wanderung ist zurzeit noch ein flüssiger Elektrolyt, der zum Schluss vor dem luftdichten Schließen zwischen Separator und den beiden Folien gegeben wird. Als Meilenstein bei der Batterieentwicklung wird ein Festkörperelektrolyt angesehen, der aber den Weg in die Serie noch nicht gefunden hat. Li-Ionen und Elektronen finden sich am Ende in den losen und eher porösen Graphitschichten der Negativseite wieder und werden dort eingebettet.

Das Ladegerät erfüllt also die Funktion einer Art Pumpe, die die Negativseite auf ein höheres Energieniveau bringt. Für den Weg zurück braucht es nur eine äußere Leitungsverbindung, natürlich ohne Ladegerät, aber möglichst mit einem Verbraucher, denn sonst entsteht ein Kurzschluss. Der Stromfluss kommt zustande durch die Anziehung der positiven Seite auf die negativen Elektronen. Das höhere Energieniveau der Minusseite wird wieder der Plusseite angeglichen. Die positiven Li-Ionen treten, von der negativer werdenden Plusseite angezogen, den Rückweg an.

Ein sehr wichtiges Thema bei dieser Batterie scheint die jeweilige Einbettung des Lithiums nach Rückkehr zu sein und eventuelle Schwierigkeiten, beim Laden die Plusseite wieder zu verlassen. Eine Zusammenführung von Li-Ion und seines einzigen Elektrons auf der äußeren Schale ist wohl nicht nötig, denn die Elektronen finden bei Metallgittern zu Punktwolken zusammen. Erstaunlich ist nur, dass sich hier am ehesten die Materialien ändern, wenn von einer neuen Variante der LiIo-Batterie die Rede ist, nicht von der Minusseite oder dem Elektrolyten.

Batterieforschung, in die z.B. die Bundesregierung im Moment stark investiert, hat nun die Aufgabe, die einzelnen Mischungen auch des Elektrolyten und der Minusseite zu variieren und dann die Wirkung zu testen. Da hier allein schon durch die Kombination der einzelnen Anteile eine unwahrscheinlich große Zahl von Proben entsteht, baut man nur sehr kleine Knopfzellen und diese möglichst auch noch mit Robotertechnik.

Zu den Schwierigkeiten bei der Entstehung kommen fast noch größere beim Testen. Denn es reicht keineswegs nur die Bestätigung der Funktion unmittelbar nach Zusammenbau, sondern eher noch wichtiger sind Langzeittests über vielleicht ein halbes Jahr oder mehr mit einem stetigen Wechsel von Laden und Entladen. So wird z.B. die Zyklenfestigkeit der Batterie geprüft, die für die spätere Verwendung einer Batterie mit diesem prinzipiellen Aufbau fürs Auto sehr wichtig ist.

Das geschieht möglichst alles über 24 Stunden am Tag und die Zusammenfassung der Daten, die dann neue Schlüsse für die Batterieforschung zulässt, wird schon der etwas schwammig definierten Künstlichen Intelligenz zugerechnet. Vielleicht ist hier der Begriff des 'Maschinellen Lernens' eher angebracht.