Wiederaufladbare Batterien Referent: Mirco Eckardt Wiederaufladbare Batterien Konzeption und Anwendung http://de.academic.ru/dic.nsf/dewiki/871369 (2.1.13) 07.01.2014

Mobile Einsatzgebiete [1] [2] [3] [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) 07.01.2014

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

Begriffserklärung Kapazität: C= 𝐴∙ℎ C= 𝑊∙ℎ Elektrische Kapazität: 𝐶=𝑄/𝑈= 𝐹 07.01.2014

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 07.01.2014

Aufbau (Bsp.: LiM O 2 /Graphit) Separator Kathode Anode Elektrolyt 07.01.2014 http://www.maurelma.ch/Polymer.gif (3.1.14)

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 07.01.2014 http://www.fvee.de/fileadmin/publikationen/Workshopbaende/ws2010-1/ws2010-1_07_WohlfahrtMehrens.pdf (28.12.13)

Separator Räumliche Trennung von Anode und Kathode http://www.creavis.de/sites/creavis/SiteCollectionImages/other/norm_full_internal-start-ups.jpg (3.1.14) Räumliche Trennung von Anode und Kathode Li + - Ionen leitend hitzebeständig bruchsicher  keramisch beschichtetes Polymervlies (SEPARION®) 07.01.2014

Elektrolyt Lösung eines Leitsalzes in einem Lösemittel Ionentransport zwischen Anode und Kathode Voraussetzungen: hohe Ionenmobilität, hohe Löslichkeit, Inertheit, thermische und elektrochemische Stabilität 07.01.2014

„Elektrolytfenster“ 07.01.2014

Elektrolyt wässrig: H 2 SO 4 /KOH + H 2 O nicht wässrig: Leitsalz: Li PF 6 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

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 07.01.2014

07.01.2014 http://webuser.uni-weimar.de/~yemi4445/etech/beleg4.html

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 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

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 07.01.2014

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) 07.01.2014

Literaturverzeichnis http://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) 07.01.2014