Zink-Ionen-Batterien für die stationäre Energiespeicherung – Fertigung und Assemblierung (InFab)

Abstract

Zink-Ionen-Batterien (ZIB) stellen eine vielversprechende Alternative zu Lithium-Ionen-Batterien (LIB) im Bereich stationärer Energiespeicher dar, weil sie das Potential haben, kostengünstiger und umweltfreundlicher zu sein als LIB. ZIB-Systeme nutzen ungiftige Materialien und wasserbasierte Elektrolyte und bieten hohe Zyklenzahlen sowie eine hohe Betriebssicherheit. Das Projekt InFab zielt darauf ab, ein effektives Batteriespeichersystem für stationäre Anwendungen zu entwickeln und die Voraussetzungen für die Großserienproduktion von ZIB zu schaffen. Der Fokus des Teilvorhabens "Modellierung / Validierung ZIB" lag in der detaillierten Analyse und Simulation elektrochemischer Prozesse in der Zelle. Ein zentraler Schwerpunkt lag auf der Beschreibung und Validierung der komplexen Wechselwirkungen im Elektrolyten, die mithilfe eines entwickelten thermodynamischen Modells detailliert analysiert wurden. Zudem wurde ein Modell entwickelt, das die limitierenden Transportprozesse im Betrieb beschreibt und so ein besseres Verständnis der dynamischen Vorgänge innerhalb der Zelle ermöglicht. Ein weiteres Ergebnis war die Berechnung der Energiedichte in Abhängigkeit von der Elektrodendicke sowie verschiedenen Betriebsparametern, wodurch wichtige Optimierungspotenziale aufgezeigt werden konnten. Ergänzend dazu wurde eine systematische Untersuchung der Einflüsse unterschiedlicher Anionen auf die elektrochemischen Prozesse durchgeführt, um deren Rolle und Wirkung präziser zu verstehen. Durch die gewonnenen Erkenntnisse können spezifische Einflussfaktoren auf die Zellleistung besser verstanden und optimierte Strategien für die Weiterentwicklung elektrochemischer Systeme abgeleitet werden. Datei-Upload durch TIB Zinc-ion batteries (ZIB )represent a promising alternative to lithium-ion batteries (LIB) for stationary energy storage,as they have the potential to be more cost-effective and environmentally friendly than LIBs. ZIB systems utilize non-toxic materials and water-based electrolytes, offering high cycle stability and operational safety. The In Fab project aims to develop an effective battery storage system for stationary applications and establish the prerequisites for large-scale production of ZIBs. The focus of the subproject "Modeling / Validation of ZIB" was on the detailed analysis and simulation of electrochemical processes within the cell. A key aspect was the description and validation of the complex interactions in the electrolyte ,which were analyzed in detail using a developed thermodynamic model. Additionally, a model was created to describe the limiting transport processes during operation, enabling a better understanding of the dynamic processes inside the cell. Another outcome was the calculation of energy density as a function of electrode thickness and various operating parameters, identifying important optimization potential. Furthermore,a systematic investigation of the influence of different anions on electrochemical processes was conducted to better understand their role and effects. The findings obtained allow for a deeper understanding of specific factors affecting cell performance and contribute to the development of optimized strategies for advancing electrochemical systems.