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Mikrotomographische Visualisierung struktureller Auswirkungen der zyklischen Alterung auf zylindrische Lithium-Ionen Akkumulatorzellen in Powerbanks

Micro-tomographic visualization structural effects of cycling aging on cylindrical lithium-Ion batteries in powerbanks

  • Alterungsvorgänge in einer Lithium-Ionen Akkumulatorzelle beeinflussen deren Eigenschaften und sind daher von besonderen Bedeutung für den Einsatz dieser Technologie. Diese Masterarbeit untersucht mikrostrukturelle Veränderung in zwei zylindrischen Lithium-Ionen Zellen (Type 26650) ohne Zentrierstift, die in Powerbanks verbaut sind. An den beiden Akkumulatoren, mit unterschiedlichen Alterungszustands, wird vergleichend beobachtet welche Unterschiede sich über die Alterung ergeben. Mittels Computertomographie und elektrischen Messungen wurden Daten während der zyklischen Alterung der Zellen gesammelt und ausgewertet. Es konnte gezeigt werden, dass der Verlauf des Kapazitätsverlustes abhängig vom Alterungszustand ist. Insgesamt ergab sich nach 507 Zyklen bei der Powerbank „Neu“ eine Reduzierung der aufgenommenen Energie um 16 % und der abgegebenen Energie um 20 %. Die Powerbank „Alt“ zeigte nach 317 Zyklen eine Reduzierung der aufgenommenen Energie von 19% und der abgegebenen Energie von 27% zum Ausgangswert. Der gemessene Kapazitätsverlust konnte nicht auf mikrostrukturelle Veränderungen während der Alterung zurückgeführt werden. Es zeigten sich besonders in der bereits gealterten Zelle (Powerbank „Alt“) deformierte Elektrodenschichten im Zellinneren und in der Näher der Stromableiter. Hinzukommt bei der Powerbank „Alt“, dass Kathode und Anode gegeneinander verschoben sind. Es konnte ebenfalls in der Powerbank „Alt“ eine neu entstandene Deformierung während der zyklischen Alterung beobachtet werden. Des Weiteren konnten auch Schweißgrate bei beiden Powerbanks auf den Stromableitern visualisiert werden.
  • Aging affects the characteristics of a lithium-ion battery and is therefore very relevant for the use of this technology. This master thesis analyses micro-structural changes in two cylindrical lithium-ion cells (Type 26650) without center pin which are used in two powerbanks. Both powerbanks had different used cycles and their aging was compared to see which differences arise over aging. With the use of computer tomography and electrical measurements data was collected during cycling aging. It could be shown that the course of the capacity loss is dependent on the aging state of the cell. In total the reduction of the input energy was 16 % and the output energy was 20% in powerbank “Neu“ after 507 cycles. Powerbank “Alt“ showed a reduction of the input energy of 19% and the output energy of 27% compared to the initial value after 317 cycles. The measured capacity loss could not be ascribed to microstructural changes during aging. However, especially in the already aged cell (powerbank "Alt") deformed electrode layers were found inside the cell and near the battery tab. Furthermore the cathode and anode are shifted against each other in powerbank "Alt". It could also be observed a newly formed deformation in the powerbank "Alt" during cycling aging. Additionally welding burrs on the battery tabs could be visualized in both powerbanks.

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Metadaten
Verfasserangaben:David King
DOI:https://doi.org/10.25924/opus-3194
Betreuer:Bettina Friedel
Dokumentart:Masterarbeit
Sprache:Deutsch
Erscheinungsjahr:2019
Veröffentlichende Institution:FH Vorarlberg
Titel verleihende Institution:FH Vorarlberg
Datum der Freischaltung:11.12.2019
Freies Schlagwort / Tag:Akkumulator; Lithium - Ionen; Mikrocomputertomographie; Zellalterung
Seitenanzahl:VII, 80
DDC-Sachgruppen:600 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften / 620 Ingenieurwissenschaften und Maschinenbau
Open Access?:ja
Studiengänge:Energietechnik und Energiewirtschaft
Lizenz (Deutsch):License LogoUrhG - Es gilt das Urheberrecht