Elektrolyt-Floating-Analyse

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Christiane Rahe

Modellierung, Analytik und Lebensdauerprognose

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  E-FloA

Das Ziel des Forschungsvorhabens „E-FLoA“ ist die Entwicklung einer operando Analysemethode zur schnellen Messung von Elektrolytzersetzung und Charakterisierung von Elektrolyten. Elektrolyte spielen eine zentrale Rolle in der Zellentwicklung, da sie das Verhalten und die Alterung der Lithium-Ionen-Batterien deutlich beeinflussen. Die Identifizierung von Elektrolytformulierungen mit erhöhter Alterungsstabilität kann somit zu entscheidenden Wettbewerbsvorteilen in der Zellproduktion führen. Die Elektrolytzersetzung zeigt sich durch Gasbildung, Austrocknung der Zelle bzw. Verbrauch des Elektrolyten sowie Bildung von Deckschichten und reaktiven Zwischenprodukten. Diese Alterungsprozesse finden parallel zu den Hauptreaktionen sowohl während des Lade- und Entladevorgangs als auch während die Lithium-Ionen-Batterie ruht statt. Die Quantifizierung der Elektrolytdegradation mittels klassischer Alterungstests stellt ein zeitintensives Messverfahren dar, welches erst nach Monaten erste Ergebnisse liefert. Im Rahmen dieses Projekts wird für die Bestimmung der Elektrolytzersetzungsreaktionen daher eine neue Messmethode zur Bestimmung der kalendarischen Alterungsrate von Lithium-Ionen-Batterien, die Floatstrommessung, angewendet und für die Analytik von Elektrolyten optimiert. Die Weiterentwicklung dieses Verfahrens wird unterstützt durch chemische Messungen zur Charakterisierung der dominanten Alterungsfaktoren bei der Zellalterung und durch quantenchemische Reaktionsmodellierung zur genaueren Aufschlüsselung der dominanten Reaktionskinetik. In diesem Rahmen soll ebenfalls das neue analytische Messverfahren der elektrothermalen Verdampfung weiterentwickelt werden.
Der Fokus dieses Forschungsvorhaben liegt somit auf dem Einfluss der Elektrolyte auf die Batterieperformance. In diesem Zusammenhang werden Elektrolytkomponenten variiert, um einen flächendeckenden Überblick über den Einfluss diverser Lösungsmittel und Additive auf die Elektrolyteigenschaften zu erhalten. Die Durchführung von Alterungstests und -untersuchungen führen zu einem besseren Verständnis der bei der Elektrolytalterung involvierten Prozesse und erlauben eine Validierung der der Floatstrommessung zugrundeliegenden Modellvorstellung. Darüber hinaus ermöglichen sie in Kombination mit den verwendeten chemischen Analytikverfahren eine Vertiefung des grundlegenden Wissens über die Elektrolytalterung. Die komplementären in diesem Projekt verwendeten Methoden stärken den Erkenntnisgewinn über die Elektro-lytzersetzung und helfen bei der Modellbildung von Verhaltensmodellen von Lithium-Ionen-Batterien.
Die zu erwartenden Weiterentwicklungen an neuen Messverfahren und der generelle Erkenntniszugewinn in der Elektrolytalterung legen einen wichtigen Grundstein für die Einwicklung neuer Zellmaterialien in Forschung und Industrie am Standort Deutschland.

 

Laufzeit

01. Januar 2021 – 31. Dezember 2023

 
 

Förderung

Das Projekt E-FloA wird durch das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) unter dem Förderkennzeichen 03XP0349A im Rahmen des BMBF-Kompetenzcluster Analytik & Qualitätssicherung – AQua gefördert.

Bundesministerium für Bildung und Forschung
 
 

Partner

  • Universität Münster / MEET
  • RWTH Aachen