Batteriegasungs-Modellierung

Ziel dieses Projektes ist es, die Zersetzung des Batterieelektrolyten im Laufe der Batterienutzung und die Auswirkungen auf die Alterung zu verstehen. Für die Material- und Zell-Untersuchungen wird der Flüssig- Elektrolyt (LiPF6-EC:DMC) kombiniert mit den Elektrodenmaterialien NMC622 und Graphit sowie den Additiven VC (Vinylene Carbonate) und FEC (Fluoroethylene carbonate).

Für die Analyse und Vorhersage des Alterungsverhaltens werden anwendungsorientierte Modellierungen auf Material-, Zell- und Batterieebene vorgenommen. Hierzu werden Elektrolyt-Alterungsmodelle und thermodynamische Modelle entwickelt und kombiniert. Es werden insbesondere die chemischen Veränderungen der Elektrolyten berücksichtigt und die Reaktionspfade in den Modellen implementiert. Für den Modellaufbau und die Validierung werden Ergebnisse aus experimentell-analytischen Untersuchungen der eigenen Arbeiten und der Literatur herangezogen. Es werden Pouch-Zellen hergestellt, formiert und durch elektrochemisches Zyklieren bei unterschiedlichen Temperaturen gezielt gealtert. Die hierbei ablaufenden Änderungen der chemischen Elektrolyt- und SEI-Zusammensetzungen werden systematisch untersucht. Hierzu werden Verfahren wie die Raman-Spektroskopie, Gaschromatographie-Massenspektrometrie (GC-MS), Ionenchromatographie-Massenspektrometrie (IC-MS) oder Glimmentladungsspektroskopie verwendet. Die freiwerdenden Gasphasen werden durch GC-MS analysiert. Kalorimetrische Verfahren (Accelerating Rate Calorimetry (ARC), Dynamische Differenzkalorimetrie (DSC), Tian-Calvet-Kalorimetrie) werden eingesetzt, um die bei den Material- und Zellreaktionen auftretenden Wärmeeffekte und den gleichzeitigen Gasdruckaufbau quantitativ zu ermitteln. Durch die Kombination von Modellierungen mit physikalisch-chemischen Analysen können die Reaktionsmechanismen effizient aufgeklärt werden.

Quelle: https://www.battnutzung-cluster.de/de/projekte/batgasmod/ (jüngster Zugriff: 29.06.2023)