HiT-Cell: Batterie ohne Kühlung

Aktuell verfügbare Batteriezellen erfordern bei Anwendungen, die hohe Leistungen benötigen, aber nur wenig Platz bieten, zusätzliche und komplexe Komponenten. Diese haben die Aufgabe, sie in einem Temperaturbereich zu halten, in dem die Zellen keinen Schaden nehmen. Ziel des Verbundprojektes HiT-Cell ist es deshalb, eine Batteriezelle zu entwickeln, die bei deutlich höheren Temperaturen (bis 100 °C) betrieben werden kann und deshalb diese Peripherie nicht mehr benötigt. Auf diese Weise sollen neue Anwendungsfelder erschlossen werden, bei denen eine starke Kühlung aus technischen oder ökonomischen Gründen bislang nicht möglich war.

Die zentrale Frage dieses Projektes ist, wie eine Batteriezelle unter Beachtung der Sicherheit, Lebensdauer und Kosten so gestaltet werden kann, dass keine komplizierte Kühlung benötigt wird. Gleichzeitig darf die Leistung bei niedrigeren Temperaturen aber nicht schlechter werden.

Die thermisch anfälligste Zellkomponente, der Elektrolyt, soll schrittweise optimiert und für Hochtemperaturanwendungen ausgelegt werden. Dabei soll sowohl der Einfluss von Zusätzen (Additiven) als auch die Variation verschiedener Lösemittel und Leitsalze auf die Temperaturstabilität untersucht werden. In den Elektroden werden verschiedene Materialien und Strukturen ausprobiert, um sie stabiler gegen höhere Temperaturen zu machen.

Auch an den Separator, der die Elektroden voneinander trennt und die Zelle vor Kurzschlüssen schützt, werden neue Anforderungen gestellt. Zum einen ist es wichtig, die Verlustleistung, die durch den Betrieb im Separator erzeugt wird, möglichst gering zu halten. Zum anderen muss der Separator auch bei hohen Temperaturen dauerhaft stabil sein und darf nicht schrumpfen.

Das Verhalten der einzelnen Zellkonzepte bei hohen Temperaturen wird zunächst in sogenannten Pouch-Laborbatteriezellen bewertet, in denen die Komponenten wie Kaffee in eine Hülle eingeschweißt werden. Im Anschluss an die Belastungstests werden die Laborzellen geöffnet und die Komponenten untersucht. Es werden sowohl gewickelte zylindrische Zellen als auch Pouchzellen gefertigt, die aus den gleichen Materialien bestehen. So kann letztlich auch der Einfluss der Geometrie (gewickelte Zylinderzelle vs. gestapelte Pouchzelle) auf das Produkt untersucht werden.

Die entwickelten Lösungen sollen schließlich ökonomisch mit aktuell verfügbaren Kühlkonzepten und Batterietechnologien verglichen werden.

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