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WWF Deutschland | Universität xy Datum: 30.07.2013
Wie können Batterien günstiger hergestellt werden?
Ergebnisse des Forscherteams Mobilität des
2°Campus 2013
Datum: 30.07.2013
Gliederung
1. Einleitung
2. Forschungsfrage und Autoren
3. Methode
4. Auswertung
5. Fazit
6. Anwendung
Ziel: maximal 2°Celsius Erderwärmung
Um das zu erreichen, u.a. Verringerung des CO2 – Ausstoßes um 90% in den
Bereichen Energie und Verkehr
Eine der Lösungen: Elektrifizierung des Verkehrs, Umstieg auf E-Autos, die mit
100% Erneuerbarer Energie fahren
Problem: Umstieg auf E-Autos scheitert bisher an geringer Reichweite und
hohen Anschaffungskosten
Hohe Anschaffungskosten liegen vor allem an der Art der Batterie
Momentan führende Batterie bei den E-Autos: LIB(Lithium-Ionen-Batterie)
Datum: 30.07.2013
1. Einführung: der Zusammenhang zwischen
Klimawandel und Mobilität
Datum: 30.07.2013
1. Einführung: Herkömmliche
Kostenverteilung einer Lithium-Ionen-Batterie
• Teuerstes Material =
Kathodenmaterial (46%
des Gesamtpreises)
• Mögliche Alternative =
Ersetzen des
Kathodenmaterials durch
das Anodenmaterial
Graphit, ohne dabei
Kapazitätsleistung,
Wirkungsgrad und
Effizienz der Batterie
einzuschränken
89
31
22
24
13
9 4
Kostenverteilung (in €/kWh) einer LIB
Kathode
Anode
Cu-Folie
Separator
Elektrolyt
Zellgehäuse
Al-Folie
Sommer 2013 5 WWF Deutschland | HNE Eberswalde
Wie können Batterien günstiger hergestellt werden?
2. Forschungsfrage & Autor/innen
Niko Schmidt
Joana-Kristin Hahne
Stefan Eibl
Linus Kuckling
Sergej Rothermel
© WWF/ Arnold Morascher
Sommer 2013 6 WWF Deutschland | HNE Eberswalde
1. Bau einer alternativen Lithium-Ionen-Batterie, bei der sowohl das An- als auch das Kathodenmaterial aus Graphit besteht
2. Testen der alternativen Lithium-Ionen-Batterie hinsichtlich der Kriterien Kapazität / Endkapazität / Wirkungsgrad / Mittlere Entladespannung
3. Methode: der Plan
Datum: 30.07.2013
3. Methode: theoretischer Exkurs - Aufbau
einer herkömmlichen LIB
Anode Elektrolyt Katode
Graphit LiCoO2, LiMn2O4, LiFePO4
e- e-
e- e-
Anode Katode
3. Methode: theoretischer Exkurs - Aufbau
der alternative LIB
L i
X-
X-
X-
X-
X-
L i
L i
L i
L i
L i
X-
Anode Electrolyt Katode
Graphit Graphit
e-
e-
e-
e-
e-
e-
e-
e-
e-
e-
Datum: 30.07.2013
4. Methode: die Durchführung –
Bau der alternativen LIB
1. Herstellung der Elektroden
Mischen von Wasser und
Zellulose
Beifügen von Graphitpulver
Aufstreichen auf Aluminium-
und Kupferfolie
Ausstanzen der Elektroden
(d = 12mm)
Erhitzen der Elektroden, um
diese zu trocknen
Auftragen auf Aluminiumfolie
Ofen zum Trocknen der Elektroden
Datum: 30.07.2013
4. Methode: die Durchführung –
Bau der alternativen LIB und Test
2. Bau einer Swagelok-Zelle
Schutzatmosphäre um Feuchtigkeit
auszuschließen
Propylencarbonat, 1M LiClO4 als Elektrolyt
3. Testen der Batterie
50 Lade-/Entladezyklen
Spannungsgrenzen: 5V – 3V
Swagelok-Zelle
Datum: 30.07.2013
5. Auswertung: Ergebnisse der Messung
0
20
40
60
80
100
120
1 5 9 13 17 21 25 29 33 37 41 45 49
0
5
10
15
20
25
Zyklen
Kap
azit
ät in
mA
h
Übersicht über 50 Lade- & Entladezyklen der Batterie
Wir
kun
gsgr
ad in
%
Spezifische Ladekapazität in mAh/g spezifische Entladekapazität in mAh/g Effizienz
Datum: 30.07.2013
5. Auswertung: Ergebnisse der Messung
• Keine konstante Kapazität messbar
• Endkapazität nicht erreicht (im 50. Zyklus ca.
23 mAh/g; ein herkömmliches Kathodenmaterial
hat eine Kapazität von 100-150 mAh/g)
• Wirkungsgrad bei ca. 97% (normale Batterie 99%)
• Mittlere Entladespannung bei ca. 4,2 V (bei einer
Lithium-Ionen-Batterie-Kathode 3,7 V)
Datum: 30.07.2013
5. Fazit
• Keine zufriedenstellende Ergebnisse hinsichtlich der vier
Parameter Kapazität, Endkapazität, Wirkungsgrad und mittlere
Endladespannung erzielt
• Damit Kosten der LIB Batterien gesenkt werden können, muss
weiterhin geforscht werden; Optionen sind:
• Langzeittests mit den Zellen
• Geringere Lade- und Entladeströme (mehr Zeit / Lade- &
Entladevorgang)
• Analytische Untersuchung der Elektroden und des Elektrolyten
• Graphitschicht dünner auftragen
• Suche nach alternativen Materialien
Datum: 30.07.2013
6. Anwendung: die Erforschung von
kostensparenden LIB Batterien lohnt sich
Breites Anwendungsfeld:
• Elektroautos
• Allgemein als Energiespeicher
• Diverse elektr. Geräte z.B.:
Laptops
Smartphones
Ipods
Etc.
Kontakt
+
15
Datum: 30.07.2013
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Corrensstraße 46
48149 Münster
Tel.: +49 251 83-36031
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