Das KIT ist „Die Forschungsuniversität in der Helmholtz-Gemeinschaft“ und seit 2019 wieder Exzellenzuniversität. Am IAM‐AWP werden seit 2008 in zahlreichen öffentlichen Forschungsprojekten sowie direkten Industriekooperationen verschiedenste Fragestellungen zu LIB behandelt. Das von Dr. Ziebert geleitete IAM-AWP-Kalorimeterzentrum wurde 2011 gegründet und betreibt Europas größtes Batteriekalorimeterlabor. Es bietet u.a. sechs Accelerating Rate Calorimeter (ARC) in verschiedenen Größen – für Messungen an Knopfzellen, großen Pouchzellen oder prismatischen Automotive Zellen. Die ARCs ermöglichen die Bestimmung von thermodynamischen, thermischen und Sicherheitsdaten auf Material-, Zell- und Packlevel unter quasiadiabatischen und isoperibolen Umgebungsbedingungen sowohl für normale Betriebsbedingungen als auch für Missbrauchsbedingungen (thermisch, elektrisch, mechanisch).

Weitere für BattNutzung wichtige Infrastrukturen neben den Batteriekalorimetern sind Handschuhboxen für die Montage und Demontage von Zellen, elf Temperaturkammern für verschiedene Temperaturbereiche und Zellgrößen, eine Thermokamera und Zyklierer mit mehreren hundert Kanälen. Darüber hinaus stehen Dynamische-Differenz-Kalorimeter (DSC), thermogravimetrische Analysatoren (TGA), Laser-Flash-Analysatoren (LFA) und empfindliche Tian-Calvet-Kalorimeter zur Verfügung. Es werden so thermodynamische und thermophysikalische Parameter, wie Wärmekapazitäten, Bildungsenthalpien und Wärmeleitfähigkeiten auf Materiallevel bereitgestellt. Die CALPHAD-Methode wird in Kombination mit experimentellen Untersuchungen (Schlüsselexperimenten) eingesetzt, um die Phasendiagramme und die Thermodynamik von binären, ternären und höherkomponentigen Werkstoffsystemen aufzuklären. Für diese CALPHAD-Modellierung stehen die Software-Pakete Thermo-Calc und Pandat bereit.

Projektbeteiligungen

BatgasMod

Elektrochemische Technologien sind essentielle Grundpfeiler der Energiewende, der Elektromobilität, aber auch einer nachhaltigen Produktion von Brenn- und Wertstoffen. Mit unserer Forschung und Entwicklung gestalten wir am Institut für Angewandte Materialien – Elektrochemische Technologien aktiv zukünftige Wege der Energie- und Rohstoffwandlung sowie Energiespeicherung mit. Unsere langjährige Expertise umfasst insbesondere die Analyse und Optimierung eines breiten Spektrums an elektrochemischen (Energie-) Technologien von Batterien und Brennstoffzellen bis zu Elektrolyse und Elektrosynthese. Unsere Methodenentwicklungen und virtuellen Werkzeuge erlauben die wissensbasierte Steigerung von Leistungsfähigkeit und Lebensdauer dieser Komponenten.

Im Fokus der Arbeiten am KIT, IAM-ET steht die Nonlinear Frequency Response Analysis (NFRA) und deren Anwendung in der Online-Platingdetektion. Untersucht wird ob und in welchem Ausmaß  Li-Plating über die NFRA in einem anwendungsnahen Umfeld detektiert und damit Sicherheit und Lebensdauer der Batterie erhöht werden können. Dazu sind mögliche Einsatzbereiche, Sensitivität und Zuverlässigkeit der Methodik zu identifizieren. Ziel ist die technische Umsetzung einer quantitativen Diagnosemethodik für einzelne Zellen und darauf aufbauend die Skalierung von der Zellebene zum Batteriesystem.

Projektbeteiligungen

OSLiB

Die Arbeitsgruppe Wärme- und Stoffübertragung am Institut für Thermische Verfahrenstechnik (TVT) forscht zu Themen im Bereich der thermischen Analyse und des Thermomanagements von Lithium-Ionen Batterien, der experimentellen und numerischen Thermofluiddynamik ein- und mehrphasiger Strömungen in komplexen Geometrien und dem Einsatz von Metallschmelzen als Wärmeträgermedium, bspw. in innovativen verfahrenstechnischen Prozessen.

In allen Themengebieten kombinieren wir Modellierung, Simulation und Experiment. Durch unsere Arbeit liefern wir Beiträge für die effiziente Speicherung von Energie und für nachhaltige Energie- und Stoffwandlungsprozesse.

Ziel des Projektes BALd ist eine beschleunigte Lebensdauerprognose zur Unterstützung des Entwicklungsprozesses von Lithium-Ionen Batterien (LIB). Am Institut für Thermische Verfahrenstechnik (TVT) wird der Aspekt der Beschleunigung der Alterungstest über Temperaturvariationen und verschiedene Temperatureffekte untersucht.

Aufgrund der starken Temperaturabhängigkeit der im Zellinneren ablaufenden elektrochemischen Prozesse hat die Temperatur einen signifikanten Einfluss auf das Alterungsverhalten von LIB. Um die Alterung in Testreihen gezielt zu beschleunigen, kann die Temperatur an der Batterie auf Temperaturen außerhalb des „Wohlfühlbereichs“ um die 25 °C erhöht oder erniedrigt werden. Da dieses Vorgehen aktuell Grenzen hinsichtlich der Übertragbarkeit aufweist, soll die Methode unter Aufprägung komplexer thermischer Randbedingungen an LIB während zyklischer Alterungstests erweitert und auf ihre Eignung zur Beschleunigung dieser Tests untersucht werden. Bedingung ist dabei, dass keine zusätzlichen Alterungsmechanismen ausgelöst werden und eine Übertragbarkeit der beschleunigten Alterung auf konventionelle Alterungstests gewährleistet ist.

Projektbeteiligungen

BALd