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Stofftransport in porösen Strukturen

Stofftransport in porösen Strukturen
Forschungsthema:Untersuchungen zum Einfluss des Binders und der Probengeometrie auf den Stofftransport von Wasser in Anoden für Li-Ionen Batterien
Typ:Masterarbeit
Datum:laufend
Betreuer:

Eser, Altvater

Bearbeiter:Birthe Deichmann

Li-Ionen Batterien sind im alltäglichen Leben in mobilen und stationären Anwendungen allgegenwärtig. Ehrgeizige Ziele der Bundesregierung sowie hohe Grenzwerte beim Schadstoffausstoß von Verbrennungsmotoren 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 kosteneffizient aus den Bestandteilen der Batterie entfernen zu können, ist eine genaue Kenntnis des Sorptions-gleichgewichts und der Stofftransportkinetik von Nöten.Frau Deichmann soll in ihrer Masterarbeit Untersuchungen zum Phasengleichgewicht und limitierenden Diffusionswiderständen in Anoden für Li-Ionen Batterien durchführen. Zu diesem Zweck werden in einer Magnetschwebewaage Sorptionsgleichgewichte aufgenommen, die es gilt mit geeigneten Modellierungen zu beschreiben. Die Elektroden der Batterie bestehen sowohl aus polymeren Bindern, in denen die Feuchte sorbiert als auch aus Partikeln, an denen die Feuchte adsorbiert. Aus einer Vorgängerarbeit ist bekannt, dass die Binder in der Anode für einen Großteil der Feuchteaufnahme verantwortlich sind. Dementsprechend spielt eine korrekte Beschreibung des Gleichgewichts und der Stofftransportkinetik von Wasser in den Bindern eine übergeordnete Rolle, die in den Untersuchungen adressiert werden soll. Ein weiterer Diffusionswiderstand kann durch die Probengeometrie entstehen. Neben der Trocknung im Rolle-zu-Rolle Verfahren findet die Feuchtereduzierung industriell in Vakuumtrockenöfen statt, in welche die Elektroden als Wickel eingebracht werden. Eine Variation der Probengeometrie soll Möglichkeiten zur Berücksichtigung dieses zusätzlichen Widerstandes aufzeigen