Segmentierter Stromabnehmer und mikrostrukturaufgelöste Elektrodensimulation in der Batterieforschung
Batterieforschung am DLR: Die Funktionsweise einer Li-Ionen-Zelle basiert auf einem komplexen Zusammenspiel elektrochemischer Prozesse und Transportvorgänge, die abhängig sind von der chemischen Zusammensetzung, der Anwendung und entsprechenden Auslegung der Zelle. Das Verständnis dieser Prozesse ist dabei der Schlüssel, um die hohen Anforderungen an Kosten, Energiedichte, Langzeitstabilität und Sicherheit für die verschiedenen Anwendungsfelder zu gewährleisten und die Zellen kontinuierlich zu verbessern. Hierfür vereint das DLR Spezialisten aus den unterschiedlichsten Bereichen, wie Simulation, Materialsynthese, der Elektrochemie und der Systemanalyse. In der Simulation leiten die Forscher mathematische Gleichungen für die elektrochemischen Vorgänge aus der Thermodynamik ab. So simulieren sie den Ionentransport in mikrostrukturaufgelösten Elektroden und optimieren ganze Batteriezellen zusammen mit experimentell arbeitenden Forschungsgruppen. Die Modellbildung erlaubt ihnen den Einblick in nanoskopische Prozesse an Grenzflächen, die Leistung und Lebensdauer elektrochemischer Energiespeicher bestimmen.
Segmentierte Zelle: Ein weiterer Beitrag zur Sicherheit und Langlebigkeit der Zelle ist deren Charakterisierung im Betrieb. Hier möchte man verstehen, was sich während der Belastung in der Zelle abspielt und wie sich dies im Laufe des Lebenszyklus verändert. Die vom DLR entwickelte Segmentierung des Stromabnehmers inkl. Messtechnik erlaubt die ortsaufgelöste Messung verschiedener Betriebsgrößen, wie Temperatur und Stromverteilung sowie Impedanzen im Betrieb und in Echtzeit. Die Implementierung der Technologie ermöglicht ein kontinuierliches Monitoring des Ist-Zustands der Zelle – und zwar örtlich verteilt über die gesamte Elektrodenfläche. Das Wissen darüber, wie sich dieser Zustand in Abhängigkeit vom Zelldesign und den Lade- und Entladebedingungen verhält, ist einsetzbar in der Entwicklung von Zellkomponenten, Zellen und Batteriesystemen, aber auch als Zelldiagnostik in der Anwendung möglich.
Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR)
Prof. Dr. Arnulf Latz · E-Mail: arnulf.latz@dlr.de · DLR.de
