HysKaDi - Analyse der Hysterese und Alterung von Aktivmaterial via Kalorimetrie und Dilatometrie

Abstract

Am Lehrstuhl für Elektrische Energiesysteme wurden mehrlagige Pouchzellen mit Graphit oder Silicium-Anoden experimentell mittels statistischer Methoden untersucht. Ergänzend dazu sollte die Methode der Dilatationsmessung an Pouchzellen verbessert und ein entsprechendes Dilatationstestprotokoll erstellt werden. Ein weiteres Ziel war die Entwicklung eines Software-Tools zur vereinfachten Auswertung von Hystereseund Alterungstestreihen. Die statistische Versuchsplanung wurde erfolgreich angewandt, was trotz großer Unterschiede zwischen den Zellen die Analyse der Zyklenstabilität, Ratenfestigkeit und Hysterese von Pouchzellen mit Silicium-Anoden ermöglichte. Die Ergebnisse zeigten, dass teil-lithiiertes Silicium gegenüber Graphit eine verbesserte Ratenfestigkeit aufweist, die mit höherer Temperatur noch gesteigert werden konnte. Die Änderung des Verspanndrucks hatte keinen signifikanten Einfluss. Für die Alterungsstudie zeigte sich eine verbesserte Lebensdauer der Silicium-Zellen bei geringeren Temperaturen, selbst unter hohem Druck und hoher Stromrate. Silicium-Zellen zeigten bei hohen Stromraten eine deutlich bessere Zyklenfestigkeit als Graphit-Zellen. Unterschiede in der Silicium-Hysterese wurden zwischen Pseudo-Ruhespannungsund inkrementeller Ruhespannungs-Messung festgestellt. Dazu konnten interessante Temperatureinflüsse beobachtet werden. Die Ableitung eines Wirkmechanismus war jedoch nicht möglich. Die Dilatationsmessung ergab für Silicium eine schwächere Hysterese im Vergleich zur Spannung. Aufgrund der wenigen Features der Silicium-Dilatation erwies sich diese Methode als weniger vielversprechend für die Hysterese-Analyse als erwartet. Die Nutzung der Ausdehnung zur Ladezustandsschätzung wird aktuell weiterentwickelt und veröffentlicht. Ein abschließender Vergleich mit den Projektpartnern wird noch durchgeführt. Die Forschungsergebnisse wurden auf Konferenzen in Form von Postern präsentiert. Erkenntnisse zur Nutzung der Dilatation und Hysterese wurden im Journal of Power Sources und Nature Communications Engineering veröffentlicht. Das Dilatationstestprotokoll wurde im AQua-Cluster präsentiert und zusammen mit dem Software-Tool auf Zenodo veröffentlicht. Die Eckdaten des Projekts sind in der untenstehenden Tabelle aufgeführt. Datei-Upload durch TIB