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Forschungsprojekt 

NANOBATTERIEPLATTFORM

Durch die Kombination eines neu entwickelten Breitband Impedanz Messverfahrens und der korrelativen Bestimmung der effektiven Nanostruktur der Elektrodenoberfläche wird eine neue Dimension der qualitativen und quantitativen Bestimmung von Batterien möglich. Diese materialwissenschaftliche Struktur- Qualitätsrelation wird sowohl nanotechnologisch als auch elektrochemisch aufgestellt, und ermöglicht somit ein effizientes Entwickeln von Batterie Modulen und Packs speziell im Automotive Bereich. Dieses erstmals vorgestellte quantitative Testsystem, basierend auf Impedanz-Spektren und nano-Untersuchungen der Elektroden/Elektrolyten Schicht (SEI, solid-electrolyte interface), erlaubt es den internen Zustand der Batterie (SOH, state-of-health) exakt zu charakterisieren. Die Qualität einer Batterie wird quantitativ mittels der SOH, der SEI, und der kinetischen Redox-rate beschrieben. Die Synergie von Nanotechnology, Oberflächenchemie, und physikalischer Impedanzspektroskopie gebündelt mit neu etablierter elektrischer Messtechnologie erlaubt es hier einen Meilenstein zu setzen auf dem die OOE/OE Batterie und Batterie-Modul/Pack Entwicklung aufbauen kann.

 

AP 1: Physikalisches Modellieren des Batterie Elektroden/Elektrolyte Interface

Zielsetzung: Die elektrische Feldverteilung an der Elektrodenoberfläche wird bei verschiedenen Frequenzen simuliert um den Einfluss der physikalischen Parameter der Batterie auf elektrische Ersatzschaltbilder zu quantifizieren und die Ersatzschaltbilder zu validieren. 

 

AP 2: Nanoskopische Bestimmung der SEI und elektrische in-situ Charakterisierung auf nano-meter Skalen

Zielsetzung: Morphologie und elektrische Leitfähigkeit der SEI und nanoskopischen Eigenschaften der Elektrodenoberfläche werden im breiten Frequenzbereich bestimmt.

 

AP 3: Breitband-Impedanz-Spektroskopie einer Batterie Zelle, Modul, und Pack

Zielsetzung: Elektrisches Oberflächenmodel der Elektroden und Elektrolyten zur Beschreibung der SOH einer Batteriezelle, Modul, und Pack. Entwicklung der Messelektronik, statistisch signifikante Messungen, und Datenmodell im breiten Frequenzbereich von mHz bis MHz.

 

AP 4: Modelintegration aus Nanoskalen und Impedanz Spektroskopie zur Bestimmung der SOH

Zielsetzung: Die experimentellen Ergebnisse aus AP2 und AP3 werden in Bezug zu den Modellen aus AP1 gesetzt, und integriert in ein Matlab System welches die SOH einer Batterie klassifiziert. 

 

AP 5: Kalibrierung und Validierung der Ergebnisse an kommerziellen Batteriesystemen, inklusive Zellen, Modulen, und Packs

Zielsetzung: Die Impedanzmessungen bis 1 MHz werden kalibriert und adaptiert für verschiedene kommerzielle Batteriesysteme. Der SOH wird mit dem Batteriemodel bestimmt und in Bezug zum Altern gesetzt.