direkt zum Inhalt springen

direkt zum Hauptnavigationsmenü

Sie sind hier

TU Berlin

Inhalt des Dokuments

Lithium-Luft-Akkumulator

Erstellung eines chemisch-physikalischen Modells eines Lithium-Luft-Akkumulators mit Hilfe von tomografischen „in-operando“ Untersuchungsmethoden und Impedanzspektroskopie

  • Verbundprojekt
  • Partner: Helmholtz-Zentrum Berlin für Materialien und Energie
  • Gefördert durch die DFG
  • Projektdauer: 2017 - 2019

Die in einer Lithium-Luft-Batterie ablaufenden dreidimensionalen strukturellen und morphologischen Prozesse sind bislang nur unzureichend untersucht und verstanden worden. Dies stellt ein wesentliches Hindernis in der Entwicklung innovativer Elektrodenstrukturen dar. Ziel des geplanten Vorhabens ist es, durch eine Kombination innovativer experimenteller in-operando Untersuchungsmethoden (Dreidimensionale Röntgen-Phasenkontrast-Tomografie und impedanzbasierte Analysemethoden) ein detailliertes Bild über die im Inneren einer Li-Luft-Batterie während des Zyklierens ablaufenden strukturellen und morphologischen Prozesse zu erhalten und darauf basierend ein physikalisch-chemisches 3D Struktur-Modell der Elektroden zu erstellen, das mit den realen mikrostrukturellen Eigenschaften korreliert ist. Mit (Synchrotron) Röntgen-Tomografie wird die dreidimensionale Verteilung der unterschiedlichen Reaktionsprodukte und Ablagerungen während des Be- und Entladens in Abhängigkeit des Aufbaus der Elektroden quantitativ erfasst und beschrieben sowie mit den Impedanz-Daten kombiniert werden. So soll ein besseres Verständnis der grundlegenden Prozesse währende des Zyklierens erreicht werden. Auf dem entwickelten Modell basierende Simulationen dienen dann der Entwicklung und Vorhersage des Batterieverhaltens bei unterschiedlichen Betriebsparametern und werden schließlich für die Optimierung der Elektrodenstrukturen verwendet werden. 

Zusammenfassend ergeben sich folgende Schwerpunkte:

  • Assemblierung von Lithium-Luft-Knopfzellen aus selbst synthetisierten Materialien
  • Tomographieexperimente zur Aufklärung der Reaktionsprozesse/Alterung
  • Zellcharakterisierung mittels Impedanzspektroskopie
  • Erstellung eines Simulationsmodells

 

 

Herstellung von geeigneten Elektrodenmaterialien

Hierbei liegt der Fokus auf der Synthese verschiedener hochporöser Kohlenstoffe, die eine Oberfläche von mehreren 100 m²/ g aufweisen und somit viel Sauerstoff adsorbieren können, der für die Batteriereaktion benötigt wird.

Zudem wird die katalytische Aktivität verschiedener Übergangsmetallverbindungen auf die Zellchemie untersucht. Gegenwärtig gelten Manganmischoxide oder Kobalt-Eisen-Cluster als geeignete Katalysatoren, die die Zellreaktion beschleunigen und damit die Leistungsdichte der Zelle erhöhen können.

Mithilfe der scanning electron microscopy (SEM) kann die Größe und Struktur der Graphitpartikel sowie die Verteilung des Katalysators im Elektrodenmaterial untersucht werden.

Fertigung von Batterieelektroden

Hierbei liegt der Fokus auf der reproduzierbaren Assemblierung der Batteriematerialien zu Gas-Diffusion-Electrodes. Es wird gegenwärtig ein Verfahren getestet, um miteinander vergleichbare Batterieelektroden zu erhalten. Atomic force microscopy (AFM) wird verwendet um die.

Fertigung von Lithium-Luft-Akkumulator-Zellen

Es werden Li-Luft- Zellen im CR2032- Format unter Schutzgasatmosphäre gebaut. Hierfür sind viele verschiedene Schritte (Verpressen der Batteriebestandteile, Stanzen von Separatoren, etc.) notwendig, um aus den Einzelteilen fertige Knopfzellen herstellen zu können. Zusätzlich kommen verschiedene Batterieelektrolyten zum Einsatz.

Charakterisierung der Zellen

Die fertigen Li-Luft-Zellen werden unter verschiedenen Gasen und Luft-Mischungen zyklisiert und charakterisiert. Messverfahren, wie zum Beispiel Impedanzspektroskopie, können helfen, den Einfluss verschiedener Modifikationen auf die Kapazität und die Leistungsdichte der Batterie zu untersuchen.

Zusatzinformationen / Extras

Direktzugang

Schnellnavigation zur Seite über Nummerneingabe

Ansprechpartner

M.Sc. Dennis Meiling
030 314 73613
Raum EMH 131

Anschrift

Technische Universität Berlin
FG Elektrische Energiespeichertechnik
Institut für Energie und Automatisierungstechnik
Fakultät IV
Sekr. EMH 2
Einsteinufer 11
D-10587 Berlin