- 260 Seiten
- German
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Über dieses Buch
Die Promotion beschäftigt sich mit der Entwicklung eines Batteriespeichers auf Basis der Zink-Mangandioxid-Batterietechnologie mit wässrigen Elektrolyten (ZMB). Diese Zellchemie bietet Vorteile im Bereich der Sicherheit, der Materialverfügbarkeit, der Kosten und der Umweltverträglichkeit und stellt damit eine vielversprechende Alternative zu den Lithium-Ionen-Batterien im Bereich der stationären Energiespeicherung dar. Auf Basis verschiedener Elektroden-Herstellungsverfahren (Rakelbeschichtung, Elektroabscheidung) können im Rahmen dieser Arbeit reproduzierbare Batterie-Elektroden sowie poröse 3D-Strukturen auf flexibel wählbaren Trägermaterialien hergestellt und erfolgreich zykliert werden. Der Reaktionsmechanismus der Batteriezellchemie wird anhand von pH-Untersuchung im Elektrolyten in Zinksulfat-basierten Elektrolyten tiefgehend untersucht und die wesentlichen Reaktionsmechanismen identifiziert. Die Entwicklung von wässrigen Elektrolyten mit pH-Puffereigenschaften führt zu einer signifikanten Erhöhung des Entladepotentials und damit der möglichen Energiedichte dieser Zellchemie. Die Langzeitstabilität kann ebenfalls signifikant erhöht werden. Abschließend wird ein Batteriemodul-Prototyp konstruiert und erfolgreich hergestellt. Die elektrochemische Charakterisierung bestätigt die Funktionsfähigkeit des Batteriemodul-Konzepts. Die techno-ökonomische Bewertung zeigt dabei ein hohes Kostenreduktionspotential gegenüber dem Stand der Technik bei der Lithium-Ionen-Batterietechnologie.
Häufig gestellte Fragen
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Information
Inhaltsverzeichnis
- Abkürzungsverzeichnis
- Kurzzusammenfassung
- Abstract
- 1 Einleitung
- 2 Grundlagen & Methoden
- 2.1 Elektrochemische Grundlagen
- 2.2 Nernst-Gleichung
- 2.3 pH-Wert & pH-Puffer
- 2.4 Potential-pH-Diagramm
- 2.5 Cyclovoltammetrie
- 2.6 Elektrochemische Impedanzspektroskopie
- 3 Stand der Technik
- 3.1 Einführung
- 3.2 Materialien
- 3.3 Reaktionsmechanismus
- 3.4 Batteriemodul – industrielle Ansätze
- 4 Evaluation des Elektroden-Herstellungsverfahrens
- 4.1 Hintergrund
- 4.2 Evaluation des Rakelbeschichtungsverfahrens mit unterschiedlichenBindermaterialien
- 4.3 Evaluation der Elektroabscheidung als Herstellungsverfahren
- 4.4 Evaluation der Materialstruktur an der Anode
- 4.5 Zwischenfazit
- 5 Reaktionsmechanismus & Elektrolyt
- 5.1 Elektrolytstudie mit in-operando pH-Untersuchungen
- 5.2 Identifikation von pH-Puffersubstanzen
- 5.3 Untersuchung von pH-Pufferelektrolyten
- 5.4 Zwischenfazit
- 6 Herstellung eines Batteriemodul-Prototyps
- 6.1 Konstruktion
- 6.2 Modulbau
- 6.3 Elektrochemische Charakterisierung
- 6.4 Techno-ökonomische Bewertung
- 6.5 Diskussion
- 7 Zusammenfassung & Ausblick
- 7.1 Zusammenfassung
- 7.2 Ausblick
- A Anhang
- Literaturverzeichnis
- Publikationen
- Studentische Arbeiten
- Lebenslauf
- Danksagung
- Selbstständigkeitserklärung