Im Rahmen des Projektes MALLi2 soll ein mathematisches Modell-Framework entwickelt werden, mit
dessen Hilfe sich die weitere Lebensdauer von gealterten Li-Batterien für die 2nd-Life Anwendung besser abschätzen lässt.

Die inhärente Mehrskaligkeit von Li-Batterien erfordert dabei einen strukturierten und systematischen Ansatz, um die verschiedenen elektrochemischen Prozesse und Alterungseffekte auf den jeweiligen Größen- und Zeitskalen abbilden zu können. Durch mathematisches Upscaling wird ein homogenisiertes Modell der Makroskala hergeleitet, welches die Simulation von zyklischen Lade/Entlade- Vorgängen ermöglicht. Die Validierung erfolgt an geeigneten Modell-Zellen, die im Rahmen des Projektes hergestellt, vermessen und systematisch gealtert werden. Dabei wird der Einfluss der Alterung auf die Mikrostruktur mit Computertomographie-Methoden an den Modell-Zellen untersucht und in einem stochastischen 3D Modell abgebildet. Dieses dient als Grundlage zur Bestimmung der effektiven Parameter des homogenisierten Modells. Reduzierte-Basis-Verfahren zur numerischen Lösung ermöglichen dann eine systematische Untersuchung der Alterungseffekte und deren Auftreten auf der Zeitskala für die 2nd-Life Anwendung. Die Vorhersagekraft des Modell-Frameworks wird an realen Daten mit dem Anwendungspartner des Projektes überprüft.

Teilprojekte

• 05M18VSA | Teilprojekt 1: Herstellung, Alterung und elektrochemische Messung| Universität Stuttgart
• 05M18VSA | Teilprojekt 2: Bildgebende Alterungscharakterisierung | Universität Stuttgart
• 05M18VUA| Teilprojekt 3: Stochastische Struktur-Modellierun | Universität Ulm
• 05M18BCA | Teilprojekt 4: Modellierung und Upscaling | Forschungsverbund Berlin e.V. - Weierstraß-Institut für Angewandte Analysis und Stochastik
• 05M18PMA | Teilprojekt 5: Mehrskalen-Simulation und Modellreduktion | Westfälische Wilhelms-Universität Münster

Publikationen

• Prifling, B., Ridder, A., Hilger, A., Osenberg, M., Manke, I., Birke, K. P., & Schmidt, V. (2019). Analysis of structural and functional aging of electrodes in lithium-ion batteries during rapid charge and discharge rates using synchrotron tomography. Journal of Power Sources, 443, 227259. DOI 10.1016/j.jpowsour.2019.227259. URL https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0378775319312522