Über die Nutzungsdauer hinweg verringert sich die Leistungsfähigkeit von Lithium-Ionen Zellen. Diese Degradation wird durch unterschiedliche Alterungsprozesse verursacht und kann in einem abrupten Einbrechen des sogenannten Gesundheitszustands einer Batteriezelle enden und eine gezielte Second-Life Nutzung erschweren. Das Ziel dieser Arbeit ist eine modellbasierte und experimentelle Untersuchung der Alterung einschließlich der Möglichkeit zur Beeinflussung des Alterungsverhaltens über die Ladestrategie und das Anodendesign. Im Modell kann sowohl durch die Ladestrategien als auch die Verwendung von Porositätsprofilen in der Anode mit höherer Porosität am Separator das Alterungsverhalten verbessert und das Einbrechen der Kapazität bei hoher Zyklenzahl deutlich abgeschwächt werden, wobei das Anodendesign im Vergleich einen größeren Effekt aufweist. Auch in Laborversuchen weisen Zellen mit einem zweistufigen Anodenaufbau in verschiedenen Zellformaten (Knopf- und Pouchzellen, Halb- und Vollzellen) eine bessere Zyklenstabilität gegenüber einem herkömmlichen Aufbau auf.
Aktualisiert: 2023-01-01
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Die Charakterisierung des Elektrodenmaterials gealterter Lithium-Ionen (Li-Ionen) Zellen in Experimentalzellen ist eine weit verbreitete Methode, um Alterungsursachen von Li-Ionen Zellen zu detektieren. Bisher gibt es jedoch kein standardisiertes Verfahren zur Extraktion und zum Aufbau des Elektrodenmaterials in Experimentalzellen. Mit dem in dieser Arbeit entwickelten Präparationsverfahren lassen sich Experimentalzellen vom Typ PAT-Cell (Knopfzellen) mit einer sehr hohen Reproduzierbarkeit aufbauen. Die Streuung der aufgebauten Knopfzellen liegt im Bereich der Streuung von industriell gefertigten Li-Ionen Zellen. Dadurch lässt sich das zyklische Alterungsverhalten des Originalsystems auf Knopfzellebene transformieren: Die dominierenden Alterungsmechanismen der Li-Ionen Zellen können im zyklischen Alterungsverhalten auf Experimentalzellebene qualitativ abgebildet werden. Mit dem beschriebenen Präparationsverfahren lassen sich Knopfzellen reproduzierbar aufbauen, was die daraus gewonnenen Messergebnisse zwischen einzelnen Laboren vergleichbarer macht. Die Alterung des Elektrodenmaterials in Knopfzellen bietet zudem die Chance, geometrieabhängige Alterungsmechanismen zu analysieren. Darüber hinaus bietet eine Alterungsuntersuchung des extrahierten Zellmaterials in Knopfzellen eine um Größenordnungen geringere Leistungsanforderung an das Messsystem.
Aktualisiert: 2023-01-01
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