Forschung zur schnellen und hochpräzisen Floatstromtechnologie als Alternative zu herkömmlichen kalenderische Alterungstests an Lithium-Ionen-Zellen und Erforschung von schnell parametrierbaren Alterungsprognosesimulationen
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Es wurde erfolgreich eine Floaterhardware entwickelt, die für die Anwendung Floatströme hervorragend geeignet ist und hohen Ansprüchen genügt. Das physikalisch-chemische Modell konnte den Überhangeffekt der Anode nachbilden. Positive Floatströme wurden für unterschiedliche Aktivmaterialkombinationen beobachtet: NMC, NCA, LFP, Graphit, Graphit-Silizium und LTO. Es konnte eine grundsätzliche Verbindung der Floatströme zur Alterung, also dem Kapazitätsverlust hergestellt werden, die mit 3-Elektroden-Messungen unterstützt wurden. Es kann zwischen anodischer und kathodischer Alterung unterschieden werden. Während anodische Alterung über SEI bereits gut erforscht ist, ist die kathodische Alterung und die Elektrolytzersetzung noch kaum erforscht. Unter den getesteten Bedingungen sank der Floatstrom bei hohen Temperaturen über mehr als 12 Monate hinweg, wodurch sich Schwierigkeiten ergaben, in jeder Messphase einen stabilen Wert zu identifizieren. Bei drei Zellen löste das CID aus, was sich zuvor durch einen Anstieg des Floatstroms ankündigte. Hintergrund ist wahrscheinlich eine Überladung bei sehr hohen Spannungen. Floatströme ermöglichen verlässliche Alterungsuntersuchungen schon ab 5°C. Durch Variation der Temperatur (Stufen und Rampen) kann die Stabilität der Zelle für verschiedene Ladezustände untersucht werden. Erkenntnisse über zusätzliche Größen der Modellierung wie die Entropie, konnten mit hoher Genauigkeit bestimmt und damit bisherige Annahmen zur Entropie optimiert werden. Durch die Erkenntnisse und die Förderung innerhalb der DFG konnte eine Förderung für eine Nachwuchsforschungsgruppe I-BasE geleitet von Dr. Meinert Lewerenz erfolgreich eingeworben werden. Hier werden die Grundlagen aus diesem Projekt weiter in Richtung Industrialisierung vorangetrieben.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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Float Current Analysis for Fast Calendar Aging Assessment of 18650 Li(NiCoAl)O2/Graphite Cells. Batteries, 7(2), 22.
Theiler, Michael; Endisch, Christian & Lewerenz, Meinert
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Poster: Fast Characterization of Calendar Aging using Float Currents, AABC Mainz 2022
Meinert Lewerenz, Michael Theiler & Christian Endisch
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Poster: Modeling and Measurement of the Transient Process at the Beginning of the Float Current Analysis (FCA), Batterieforum Berlin 2022
Mohamed Azzam, Christian Endisch & Meinert Lewerenz
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Evaluating the Aging-Induced Voltage Slippery as Cause for Float Currents of Lithium-ion Cells. Batteries, 10(1), 3.
Azzam, Mohamed; Endisch, Christian & Lewerenz, Meinert
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Long-Term Self-Discharge Measurements and Modelling for Various Cell Types and Cell Potentials. Energies, 16(9), 3889.
Azzam, Mohamed; Ehrensberger, Moritz; Scheuer, Reinhard; Endisch, Christian & Lewerenz, Meinert
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Poster: Measuring Temperature Dependence of Entropy via Temperature Ramps using Float Current Analysis, ECS Meeting Göteborg 2023
Meinert Lewerenz*, Mohamed Azzam, Moritz Ehrensberger, Reinhard Scheuer & Christian Endisch
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Vortrag: Finding the Calendar Aging Mechanisms Causing Float Currents, Kraftwerk Batterie Aachen 2023
Meinert Lewerenz, Fan Xue & Christian Endisch
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Poster: Comparison of dU/dQ, Voltage Decay and Float Currents via Temperature Ramps, Kraftwerk Batterie Münster 2024
Mohamed Azzam, Moritz Ehrensberger, Christian Endisch, Dirk-Uwe Sauer & Meinert Lewerenz
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Poster: Exploring Ageing Mechanisms in Lithium Ion Battery Cells: Correlating Voltage Hold Current with Traditional Ageing Indicators, Kraftwerk Batterie Münster 2024
Maya Strautmann, Gereon Stahl & Dirk Uwe Sauer
