Forschung zur schnellen und hochpr?zisen Floatstromtechnologie als Alternative zu herk?mmlichen kalendarischen Alterungstests an Lithium-Ionen-Zellen und Erforschung von schnell parametrierbaren Alterungsprognosesimulationen

Kurzbeschreibung:

Dieses Forschungsprojekt steht im Kontext der Verkehrswende vom Verbrennungsmotor hin zur Elektromobilit?t. Dabei steigt kontinuierlich der Druck günstige, innovative und vor allem langlebige Batteriezellen mit h?herer Energie- und Leistungsdichte zu entwickeln.  Hierbei ist vor allem die Degradation und vor allem deren schnelle Vermessung wissenschaftlich nicht ausreichend erfasst. Problematisch ist dabei, dass die für Lebensdauerprognosen relevante irreversible Alterung insbesondere zu Beginn durch signifikante reversible Effekte überlagert sind. Weiterhin sind klassische Alterungsbestimmungsmethoden mittels Kapazit?tstests sehr aufw?ndig, da die Messung unter Normalbedingungen Monate bis Jahre dauert. Dadurch wird das Testen fehleranf?lliger, sehr komplex und ist durch viele schwankende Randbedingungen beeinflusst.
Eine alternative Methode soll innerhalb des Projekts mit der sogenannten Floatstrom-Methode grundlegend entwickelt werden. Dabei wird die Zelle bei einer Spannung in einer Konstantspannungsphase gehalten und der Strom mit hoher Aufl?sung gemessen. In der Einschwingphase werden Polarisationseffekte und Effekte durch Konzentrationsunterschiede ausgeglichen. Das Stromsignal n?hert sich dann einem stabilen Zustand (steady-state). Dieser konnte exemplarisch in einer Ver?ffentlichung der irreversiblen Alterung durch die Antragsteller zugeordnet werden. In diesem Antrag soll die Methode nun methodisch erforscht und an anderen Zelltypen validiert werden. Hierzu soll die Hardware speziell für diese Anwendung optimiert werden, um eine sinnvolle Regelung, eine günstige Messung und damit viele Messungen zu erm?glichen. Mit diesem Wissen kann dann mit Hilfe von geeigneter Modellierung das Verst?ndnis von Ausgleichsvorg?ngen in der Batterie und von Alterungsvorg?ngen verstanden werden. Nur die Kombination erm?glicht es, verbesserte und vor allem schnellere Lebensdauerprognosen zu erreichen. Die Messmethodik soll so angewendet werden, dass eine schnelle Parametrierung innerhalb von 4-6 Wochen eines Lebensdauermodells m?glich ist und somit mindestens 5 Jahre Batterienutzung verl?sslich vorhergesagt werden k?nnen.
Eine weitere zu untersuchende Anwendung ist die Ermittlung der Stabilit?t von Batteriezellen. Dazu wird der Floatstrom im eingeschwungenen Zustand bei stufenweiser Erh?hung der Temperatur gemessen. Langzeitstabil ist die Zelle insbesondere dann, wenn der Floatstrom nach einem Temperaturprofil bei der Referenztemperatur sich nicht erh?ht hat. Bleibt er dagegen nicht stabil, beeinflusst das vorangegangene Temperaturprofil die Alterung und eine Wegeabh?ngigkeit liegt vor, welche insbesondere für die Modellierung und damit die Lebensdauerprognose von gro?er Bedeutung ist. Solch eine Abh?ngigkeit des Batterieverhaltens von der Vorgeschichte ist in der wissenschaftlichen Community bisher nur ansatzweise untersucht worden.