Wiederaufladbare Batterien

Konzeption und Anwendung

http://de.academic.ru/dic.nsf/dewiki/871369 (2.1.13)

Referent: Mirco Eckardt

07.01.2014 1

Mobile Einsatzgebiete

[1] http://i.computer-bild.de/imgs/4/6/9/0/1/9/7/Apple-iPad-Air-658x370-e538911230c1a064.jpg (30.12.13)

[2] http://img.welt.de/img/schoenes_leben_ipad/crop101806444/9298726124-ci3x2l-w620/cc-Tesla-Roadster-Motor-DW-Vermischtes-SAN-CARLOS.jpg (30.12.13)

[3] http://www.htc.com/managed-assets/shared/desktop/smartphones/htc-one/hero/HTC-ProductDetail-Hero-slide-04.png (30.12.13)

[1] [2]

[3]

07.01.2014 2

Stationäre Einsatzgebiete

[1] [2]

[1] http://www.guenstige-solaranlage.com/wp-content/uploads/guenstigesolaranlagen.jpg (30.12.13)

[2] http://www.joachimgerhard.de/reiseberichte/aida_ostseekreuzfahrt_2010/Bilder/22_08/windpark.jpg (30.12.13)

07.01.2014 3

Begriffserklärung

Kapazität:

Elektrische Kapazität:

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Energiedichte:

volumetrisch: =

spezifisch: = Leistungsdichte:

volumetrisch: = =

spezifisch: = =

07.01.2014 5

Aufbau (Bsp.: LiM/Graphit)

http://www.maurelma.ch/Polymer.gif (3.1.14)

Kathode AnodeElektrolyt

Separator

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Funktionsweise (Bsp.: LiM/Graphit)

Separator

𝑥 𝐿𝑖+¿+𝐶6+𝑥𝑒−⇌𝐿𝑖𝑥𝐶6¿𝐿𝑖𝑀𝑂2⇌  𝐿𝑖1−𝑥𝑀𝑂2+𝑥 𝐿𝑖

+¿+𝑥𝑒−¿

Zellreaktion:

Positive Elektrode/Kathode Negative Elektrode/Anode

Elektrolyt

Entladen Laden

http://www.fvee.de/fileadmin/publikationen/Workshopbaende/ws2010-1/ws2010-1_07_WohlfahrtMehrens.pdf (28.12.13)

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Separator

• Räumliche Trennung von Anode und Kathode

• - Ionen leitend

• hitzebeständig

• bruchsicher

keramisch beschichtetes Polymervlies (SEPARION®)

http://www.creavis.de/sites/creavis/SiteCollectionImages/other/norm_full_internal-start-ups.jpg (3.1.14)

07.01.2014 8

Elektrolyt

• Lösung eines Leitsalzes in einem Lösemittel

• Ionentransport zwischen Anode und Kathode

• Voraussetzungen:

hohe Ionenmobilität, hohe Löslichkeit, Inertheit,

thermische und elektrochemische Stabilität

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• „Elektrolytfenster“

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Elektrolyt

• wässrig: KOH +

• nicht wässrig:

Leitsalz: Li

Lösemittel:

Ethylencarbonat (EC) Dimethylcarbonat (DMC)

http://de.wikipedia.org/wiki/Ethylencarbonat (3.1.14) http://de.wikipedia.org/wiki/Kohlens%C3%A4uredimethylester (3.1.14)

07.01.2014 11

Akkumulatorsysteme

Reversible Einlagerungsreaktionen

• 2D – Schichtverbindungen (Graphit/LiM)

• 3D – Verbindungen (NiMH)

Reversible Verdrängungsreaktionen

• Pb/ bzw. Ni/Cd

Superkondensatoren

• Nanokristalline Struktur große Oberfläche

• hohe Leistungsdichte : niedrige Energiedichte

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http://webuser.uni-weimar.de/~yemi4445/etech/beleg4.html07.01.2014 13

Anwendungsbeispiel

Mobiler Sektor

(Beispiel Elektroauto BMW i3)

Technische Daten:

• 125 kW/170 PS

• 0 – 60 in 4 s ; 0 – 100 in 7,2 s

• Gewicht: 1195 kg

• Höchstgeschwindigkeit: 150

• Reichweite: 160 km

http://i.computer-bild.de/imgs/5/0/9/8/0/7/4/Elektroauto-BMW-i3-1024x576-6dd3d72b12555ac9.jpg (4.1.14)

07.01.2014 14

Anwendungsbeispiel

Akku:

• Li – Ionen Akku mit Heiz-/Kühlsystem

• Energiedichte: 110

• Kapazität: 22 kWh

• Spannung: 360 V

• Gewicht 200 kg

• Ladezeit: 5 bis 8 h

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Literaturverzeichnis

Riedel - Moderne Anorganische Chemie 3.ed 2007

http://www.fvee.de/fileadmin/publikationen/Workshopbaende/ws2010-1/ws2010-1_07_WohlfahrtMehrens.pdf (28.12.14)

J.B. Goodenoug, Chem. Res., 2011, XXX, 000-000

S. Evers, L.F. Lazar, Acc. Chem. Res., 2012, 46, 1135-1143

I. E. Rauda, V. Augustyn, B. Dunn, S. H. Tolbert, Acc. Chem. Res., 2012, 46, 1113-1124

B. Dunn et al., Science, 2011, 334, 928-933

http://www.bmw.de/de/neufahrzeuge/bmw-i/i3/2013/antrieb.html (3.1.14)

http://www.chip.de/news/BMW-i3-Preis-Daten-zur-heutigen-Markteinfuehrung_63364898.html (3.1.14)

http://adacemobility.wordpress.com/2013/10/21/batterie-experte-sven-bauer-der-tesla-akku-oder-der-im-bmw-i3-das-ist-ein-gewaltiger-unterschied/ (4.1.14)

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Literaturverzeichnishttp://www.tu-chemnitz.de/chemie/physchem/files/vorlesungen/GrenzflaechenIII/Archiv/GrenzflaechenIII_SS2008.pdf (11.12.13)

http://www.bem-ev.de/abc-der-batteriesysteme/ (20.12.13)

http://daten.didaktikchemie.uni-bayreuth.de/umat/lithiumionenakku/lithiumionenakku.htm (30.12.13)

http://nano.evonik.de/sites/nanotechnology/de/technologie/anwendung/separion/pages/default.aspx (3.1.14)

http://www.akkuladezeit.de/s/akku_kapazitaet.html (20.12.13)

https://www.tu-braunschweig.de/forschung/zentren/nff/geeni/projekte/phd/d3 (11.12.13)

http://www.itwissen.info/definition/lexikon/SEI-solid-electrolyte-interface.html (11.12.13)

http://www.ak-tremel.chemie.uni-mainz.de/ChiuZ/Script%20TU%20Graz%20Lithium-Batterien.pdf (3.1.14)

http://epub.uni-regensburg.de/18757/1/Diss_Dominik.pdf (3.1.14)

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