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.