PhD presentations: Moritz Huck and Lisa Willenberg

Thursday, July 20, 2020, 9:00 a.m.

The lectures are shown via video stream

 

09:00 a.m. Moritz Huck, M.Sc.
„Modelling the Transient Behaviour of Lead-Acid Batteries: Electrochemical Impedance of Adsorbed Species“

Blei-Säure-Batterien sind seit mehr als einem Jahrhundert bekannt. Jedoch haben die sich schnell ändernden Anforderungen an Batterietechnologien in den letzten Jahrzehnten aufgezeigt, dass die Blei-Säure-Technologie noch nicht verstanden ist. Die elektrochemische Impedanz Spektroskopie (EIS) ist eine vielseitige Technik, um transiente Prozesse zu untersuchen. Die EIS-Messungen müssen mit Modellberechnungen verglichen werden, um die Spektren interpretieren zu können. Die üblicherweise genutzten Ersatzschaltbilder sind dafür nur bedingt geeignet, wenn die zu Grunde liegenden Reaktionen unbekannt sind. In der Arbeit wurde ein auf Kontinuitätsgleichungen basierendes Modell entwickelt, welches es erlaubt, EIS-Spektren zu simulieren. Mit diesem Modell können die EIS-Spektren für verschiede Reaktionsgleichungen simuliert und mit Messdaten verglichen werden. Des Weiteren erlaubt das Model, die Einflüsse der langsameren Prozesse wie z.B. Elektrolytdiffusion auf die EIS-Spektren zu analysieren.

10:15 a.m. Lisa Willenberg, M.Sc.
„Volumenausdehnung und ihre Auswirkungen auf die Alterung einer zylindrischen Lithium-lonen-Batterie“

Die mechanischen Eigenschaften von Lithium-Ionen-Batterien sind vor allem bei Anwendungen mit maximaler Energiedichte und Lebensdauer von großer Bedeutung. Aufgrund der inhärenten Volumenvariationen während des Einsatzes von Lithium-Ionen-Batterien müssen bei der Integration der Batterien in Module, Packs und Systeme geometrische Variationen und die induzierten mechanischen Spannungen berücksichtigt werden. Ziel dieser Arbeit ist die systematische Untersuchung der Volumenausdehnung und ihre Auswirkungen auf die Alterung von Lithium-Ionen-Batterien. Zur Überwachung der geometrischen Veränderung wird ein Dehnungsmesstreifen verwendet. Mittels Dehnungsmesstreifen wurde eine stabile und reproduzierbare Methode zur Analyse der Volumenausdehnung, hier der Durchmesseränderung von zylindrischen 18650 Lithium-Ionen-Batterien, eingeführt. Die folgenden Haupterkenntnisse wurden in dieser Arbeit herausgearbeitet: Die Kennlinienform der Durchmesseränderung ist abhängig vom Ladezustand und der Lastrichtung. Die Kennlinienform der Durchmesseränderung ändert sich mit der Alterung. Die ladezustandsabhängigen geometrischen Veränderungen sind reversibel. Zusätzlich ist ein irreversibler Anstieg der Durchmesseränderung über die Lebensdauer zu beobachten. Die mittlere Durchmesseränderung und der Kapazitätsverlust korrelieren positiv.