Sicherere Lithium-Ionen-Batterien durch besseres Materialverständnis (Kems4Bats)

Lithium-Ionen-Batterien kommen in vielen unterschiedlichen mobilen Geräten zum Einsatz. Sei es in Laptops, Smartphones, Hochleistungswerkzeugen oder eben auch vermehrt in Elektroautos. Somit sind leistungsfähige und sichere Lithium-Ionen-Batterien essenziell für den Ausbau der Elektromobilität. Immer wieder kommt es zu Batteriebränden in Elektrofahrzeugen, bei E-Bikes, Notebooks oder sogar in Passagierflugzeugen. Diese sind häufig eine Folge unkontrollierter Gasentwicklung durch Zersetzungsreaktionen der Batteriematerialien und ein Indikator dafür, dass die Entwicklung von Lithium-Ionen-Batterien noch nicht abgeschlossen ist.

Die Gasentwicklung innerhalb der Batterie kann unterschiedliche Gründe haben. Einer davon ist die Bildung der sogenannten Solid-Electrolyte-Interface. Dies ist eine Schutzschicht, die sich an der Anode der Batterie bildet. Auch Degradationsprozesse und Zersetzungsreaktionen der Batteriematerialien können zu einer Gasentwicklung führen. Durch diese Gasentwicklung bläht sich die Batterie dann auf und platzt letztendlich. Durch den Kontakt mit Sauerstoff entzünden sich die Bestandteile der Batterie und es kommt zum Batteriebrand.

Die Nachwuchsgruppe Kems4Bats von Herrn Dr. Henriques wird dazu beitragen, eine sichere, nachhaltigere und saubere Mobilität zu entwickeln. Das Vorhaben hat zum Ziel, mit innovativen experimentellen Analysemethoden grundlegende Werkstoffeigenschaften von zukünftigen Batteriematerialien der Elektromobilität zu bestimmen. Der Schwerpunkt liegt auf der Bestimmung der Gas- und Wärmeentwicklung. Es sollen bekannte thermische und elektrochemische Standardmethoden mit der Batteriekalorimetrie und der Knudsen-Effusionsmassenspektrometrie (KEMS) kombiniert werden. Durch die weiterentwickelte KEMS-Methodik lassen sich zukünftig grundlegende Werkstoffeigenschaften besser bestimmen. Prozesse wie Phasenumwandlungen, Zersetzungsreaktionen und deren Kinetik werden durch innovative Analysemethoden besser verstanden.

Die KEMSMethodik ermöglicht erstmals die direkte Messung der Gasentwicklung in Lithium-Ionen-Batterien als Materialeigenschaft. Für eine nachhaltige und breite industrielle Anwendung der Forschungsergebnisse wird eine Datenbank aus Literaturdaten und experimentellen Ergebnissen dieses Vorhabens entwickelt und aufgebaut. Die Erkenntnisse aus der Forschungszusammenarbeit mit Unternehmen eines industriellen Beirats fließen in die Unternehmen und stärken so die industrielle Wettbewerbsfähigkeit. Der Automobilstandort Deutschland kann insofern profitieren, dass den Unternehmen durch dieses Vorhaben sowohl etablierte neue Messmethoden zur Verfügung stehen als auch, dass sie zukünftig einen Wettbewerbsvorteil in der Charakterisierung und Entwicklung sicherer und leistungsfähigerer Batteriematerialien haben.

 

Ansprechpartner:

Dr.-Ing. David Henriques

Gebäude Q, Raum 006

+49 621 292-6743
E-Mail

Institut für Angewandte Thermo- und Fluiddynamik