Wiederaufladbare Batterien

Präsentation zum Thema: "Wiederaufladbare Batterien"—  Präsentation transkript:

1 Wiederaufladbare Batterien
Referent: Mirco Eckardt Wiederaufladbare Batterien Konzeption und Anwendung (2.1.13)

2 Mobile Einsatzgebiete
[1] [2] [3] [1] ( ) [2] ( ) [3] ( )

3 Stationäre Einsatzgebiete
[1] [2] [1] ( ) [2] ( )

4 Begriffserklärung Kapazität: C= 𝐴∙ℎ C= 𝑊∙ℎ Elektrische Kapazität: 𝐶=𝑄/𝑈= 𝐹

5 spezifisch: 𝑑𝐸 𝑑𝑚 = 𝐽 𝑘𝑔  𝑊∙ℎ 𝑘𝑔
Energiedichte: volumetrisch: 𝑑𝐸 𝑑𝑉 = 𝐽 𝑚 3 spezifisch: 𝑑𝐸 𝑑𝑚 = 𝐽 𝑘𝑔  𝑊∙ℎ 𝑘𝑔 Leistungsdichte: volumetrisch: 𝑑𝑃 𝑑𝑉 = 𝐽 𝑠 𝑚 3 = 𝑊 𝑚 3 spezifisch: 𝑑𝑃 𝑑𝑚 = 𝐽 𝑠 𝑘𝑔 = 𝑊 𝑘𝑔

6 Aufbau (Bsp.: LiM O 2 /Graphit)
Separator Kathode Anode Elektrolyt (3.1.14)

7 Funktionsweise (Bsp.: LiM O 2 /Graphit)
Positive Elektrode/Kathode Negative Elektrode/Anode Elektrolyt Separator Entladen Laden 𝐿𝑖𝑀 𝑂 2 ⇌ 𝐿𝑖 1−𝑥 𝑀𝑂 2 +𝑥 𝐿𝑖 + +𝑥 𝑒 − 𝑥 𝐿𝑖 + + 𝐶 6 +𝑥 𝑒 − ⇌𝐿𝑖 𝑥 𝐶 6 Zellreaktion: 𝐶 6 +𝐿𝑖𝑀 𝑂 2 ⇌𝐿𝑖 𝑥 𝐶 6 + 𝐿𝑖 1−𝑥 𝑀𝑂 2 ( )

8 Separator Räumliche Trennung von Anode und Kathode
(3.1.14) Räumliche Trennung von Anode und Kathode Li + - Ionen leitend hitzebeständig bruchsicher  keramisch beschichtetes Polymervlies (SEPARION®)

9 Elektrolyt Lösung eines Leitsalzes in einem Lösemittel
Ionentransport zwischen Anode und Kathode Voraussetzungen: hohe Ionenmobilität, hohe Löslichkeit, Inertheit, thermische und elektrochemische Stabilität

10 „Elektrolytfenster“

11 Elektrolyt wässrig: H 2 SO 4 /KOH + H 2 O nicht wässrig:
Leitsalz: Li PF 6 Lösemittel: Ethylencarbonat (EC) Dimethylcarbonat (DMC) (3.1.14) (3.1.14)

12 Akkumulatorsysteme Reversible Einlagerungsreaktionen
2D – Schichtverbindungen (Graphit/LiM O 2 ) 3D – Verbindungen (NiMH) Reversible Verdrängungsreaktionen Pb/ H 2 SO 4 bzw. Ni/Cd Superkondensatoren Nanokristalline Struktur  große Oberfläche hohe Leistungsdichte : niedrige Energiedichte

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14 Anwendungsbeispiel Mobiler Sektor (Beispiel Elektroauto BMW i3)
Technische Daten: 125 kW/170 PS 0 – 60 𝑘𝑚 ℎ in 4 s ; 0 – 100 𝑘𝑚 ℎ in 7,2 s Gewicht: 1195 kg Höchstgeschwindigkeit: 150 𝑘𝑚 ℎ Reichweite: 160 km (4.1.14)

15 Anwendungsbeispiel Akku: Li – Ionen Akku mit Heiz-/Kühlsystem
Energiedichte: 110 𝑊ℎ 𝑘𝑔 Kapazität: 22 kWh Spannung: 360 V Gewicht 200 kg Ladezeit: 5 bis 8 h

16 Literaturverzeichnis
Riedel - Moderne Anorganische Chemie 3.ed _07_WohlfahrtMehrens.pdf ( ) J.B. Goodenoug, Chem. Res., 2011, XXX, S. Evers, L.F. Lazar, Acc. Chem. Res., 2012, 46, I. E. Rauda, V. Augustyn, B. Dunn, S. H. Tolbert, Acc. Chem. Res., 2012, 46, B. Dunn et al., Science, 2011, 334, (3.1.14) (3.1.14) im-bmw-i3-das-ist-ein-gewaltiger-unterschied/ (4.1.14)

17 Literaturverzeichnis
chemnitz.de/chemie/physchem/files/vorlesungen/GrenzflaechenIII/Archiv/GrenzflaechenIII_SS2008.pdf ( ) ( ) ( ) (3.1.14) ( ) ( ) ( ) (3.1.14) (3.1.14)