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Institut für Energie- und Klimaforschung

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Thermodynamik für neue Lithium-Ionen-Batterien

Lithium-Ionen-Batterien eignen sich um elektrische Energie effizient zu speichern. Jedoch müssen sie mehrere Kriterien erfüllen. Es wird von den Anwendern eine hohe Zyklen Festigkeit bei Entladungs- und Ladungsvorgänge bei hoher Energiedichte und hoher Sicherheitsstandards erwartet. Für die Akzeptanz bei der Bevölkerung für neuen Materialien für Lithium-Ionen-Batterien spielt die Sicherheit die wichtigste Rolle. Unerwünschte Reaktionen während dem Lade- und Entladezyklus kann zu einem thermischen Runaway führen. Durch genaue Kenntnis der physikalischen und chemischen Vorgänge in der Batterie kann dies verhindert werden. Das Verständnis der thermodynamischen Grundlagen ist jedoch sehr lückenhaft. Diese Grundlagen müssen verstanden werden, um neue fortschrittlichere, sichere Materialien zu entwickeln auf Basis von thermodynamischer Modellierung. Experimentelle Untersuchungen mit der Knudsen Effusions Massen Spektrometrie (KEMS) zusammen mit der Coulometrischen Titration werden durchgeführt um thermodynamische Aktivitäten ΔH- and ΔG-Werte zu bestimmen. Zusammen mit ab-initio Simulationen und experimentelle Phasendiagram Bestimmung können konsistente thermodynamische Beschreibungen von relevanten Systemen durchgeführt werden. Phasendiagramme und die dazugehörigen thermodynamischen Daten stehen im direkten Zusammenhang zu Zellpotentiale und Zellkapazitäten und können somit Aussagen über die Lebensdauer einer Batterie machen.

Lade Entladezyklus einer Lithium-Ionen-BatterieLade Entladezyklus einer Lithium-Ionen-Batterie

Schema Phasendiagramm BestimmungSchema Phasendiagramm Bestimmung



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