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Stofftransport in porösen Strukturen

Stofftransport in porösen Strukturen
Forschungsthema:Untersuchungen zum Einfluss der Materialien auf das Sorptionsgleichgewicht und den Stofftransport von Wasser in Anoden für Li-Ionen-Batterien
Typ:Masterarbeit
Datum:abgeschlossen 02/2019
Betreuer:

Eser, Altvater

Bearbeiter:Gerrit Schöne

Li-Ionen Batterien sind im alltäglichen Leben in mobilen und stationären Anwendungen allgegenwärtig. Ehrgeizige Ziele der Bundesregierung sowie hohe Grenzwerte beim Schadstoffausstoß von Verbrennungsmoto-ren haben der Entwicklung effizienter und kostengünstiger Elektrofahrzeuge einen weiteren Aufwind verschafft. Einen hohen Kostenfaktor im Herstellungsprozess von Li-Ionen-Batterien stellt der Nachtrocknungs-prozess dar. Hier wird aus der Luft sorbiertes Wasser mit einem hohen Energieeintrag aus den Bestandteilen der Batterie entfernt. Dies ist notwendig, da andernfalls im Betrieb der Batterie das sorbierte Restwasser mit dem Elektrolyten Reaktionen eingehen kann, wodurch die Batterie degeneriert. Es wurde ein Zusammenhang zwischen der Langzeitstabilität der Batterie und dem Restwassergehalt nachgewiesen. Um das Wasser kos-teneffizient aus den Bestandteilen der Batterie entfernen zu können, ist eine genaue Kenntnis des Sorptions-gleichgewichts und der Stofftransportkinetik von Nöten. Herr Schöne soll in seiner Masterarbeit Untersuchungen zum Phasengleichgewicht und limitierenden Diffu-sionswiderständen in den porösen Strukturen von Anoden für Li-Ionen Batterien durchführen. Zu diesem Zweck werden in verschiedenen Messapparaturen Sorptionsgleichgewichte aufgenommen, die es gilt mit geeigneten Modellierungen zu beschreiben. Die Elektroden der Batterie bestehen sowohl aus polymeren Bindern, in denen die Feuchte absorbiert ist als auch aus Partikeln, an denen die Feuchte adsorbiert. Aus einer Vorgängerarbeit wurde geschlossen, dass sich das Gleichgewicht der Anode nicht massengewichtet aus ihren Einzelmaterialien zusammensetzt. Dementsprechend sollen die Einzelmaterialien, sowie binäre Mischungen der Materialien und verschiedenartig hergestellte Anoden weiter untersucht werden. Es sollen Modellierungen ausfindig gemacht werden, mit Hilfe derer Charakteristika der Isotherme beschrieben werden können. Die Diffusionskinetik wird untersucht, indem die Massenzunahme während eines Sorptionssprungs durch die Lösung der Diffusionsgleichung über die Anpassung von Diffusionskoeffizienten modelliert wird.