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Zellsysteme und -alterung

Die Forscherinnen und Forscher der Abteilung für Alterungsprozesse und Lebensdauerprognose des Helmholtz-Instituts Münster beschäftigen sich mit der Batteriealterung mittels elektrochemischer, chemischer und optischer Methodik. So gewinnen sie Erkenntnisse zu grundlegenden elektrochemischen und gekoppelten Prozessen. Die Gruppe kooperiert eng mit dem Institut für Stromrichtertechnik und Elektrische Antriebe (ISEA) an der RWTH Aachen.


Innovative Materialien


Durch die Untersuchung innovativer Batteriematerialen, auch in Kooperation mit dem MEET Batterieforschungszentrum der WWU Münster zeigt das Team Routen zu verbesserten Eigenschaftsprofilen für die Batterien der nächsten Generation auf. Das gewonnene grundlegende Verständnis für elektrochemische Prozesse in Batterien dient der physikalisch-chemischen Modellbildung. Sie erfolgt ebenfalls in enger Kooperation mit der Arbeitsgruppe von Prof. Dirk Uwe Sauer des HI MS, der auch den Lehrstuhl für Elektrochemische Energiewandlung und Speichersystemtechnik der RWTH innehat.



Umfassende Untersuchungen zur Lebensdauer


Das in Aachen betriebene Batterietestzentrum ermöglicht die Durchführung elektrischer Tests sowie Lebensdaueruntersuchungen an gleichzeitig mehreren hundert Batterien. Um ein tieferes Verständnis für die verschiedenen Stadien der Alterung elektrochemischer Zellen zu erlangen, können diese im post-mortem-Analyselabor zerlegt und analysiert werden. Strukturelle und chemische Veränderungen der Aktivmaterialien und Elektrolyte sowie die Bildung von Grenzschichten und Inhomogenität werden sichtbar gemacht.


Den Forscherinnen und Forschern steht eine große Bandbreite physikalisch-chemischer Methoden und optischer Bildgebung zur Verfügung, welche sich ideal durch Kooperationen mit der Zell- und Analytikgruppen des MEET ergänzen.


Erweiterung der Labore geplant


Mit dem geplanten Umzug in das neu in Aachen errichtete Clustergebäude „Center for Aging Reliability and Lifetime“, kurz CARL, wird die Laborfläche noch einmal deutlich vergrößert. Die hinzugewonnenen technischen Anlagen, beispielsweise ein Mikro- und Nano-CT, können zusätzliche wertvolle Ergebnisse liefern. Für die Simulation von Batterien stehen sowohl institutseigene Simulationsserver als auch das Rechencluster der RWTH Aachen und der Zugang zum Supercomputer am Forschungszentrum Jülich zur Verfügung.


Publikationen:

Journal of Energy Storage 2021, 35, 102098, DOI: 10.1016/j.est.2020.102098

Journal of The Electrochemical Society 2021, 168, 020510, DOI: 10.1149/1945-7111/abdeeb

Batteries 2020, 6(1), 8, DOI: 10.3390/batteries6010008

Sustainability 2020, 12(2), 557, DOI: 10.3390/su12020557

Journal of The Electrochemical Society 2019, 166(15), DOI: 10.1149/2.0551914jes

Journal of Power Sources 2019, 433(1), 126631, DOI: 10.1016/j.jpowsour.2019.05.039

Journal of Cleaner Production 2018, 201, 325, DOI: 10.1016/j.jclepro.2018.08.036

Journal of Power Sources 2018, 392, 168, DOI: 10.1016/j.jpowsour.2018.03.065

Journal of The Electrochemical Society 2018, 165(5), DOI: 10.1149/2.1161805jes

Journal of Power Sources 2017, 357, 188, DOI: 10.1016/j.jpowsour.2017.05.010

Journal of The Electrochemical Society 2014, 161(5), A7383, DOI: 10.1149/2.066405jes