Modellbasierte Abschätzung der Lebensdauer von gealterten Li-Batterien für die 2nd Life Anwendung als stationärer Stromspeicher (MALLi2)

Basic data for this project

Description

Im Rahmen des Projektes MALLi2 soll ein Modell-Framework entwickelt werden, mit dem sich die weitere Lebensdauer von langjährig gealterten Li-Batterien abschätzen lässt. Die Weiterverwendung derartiger Batterien aus elektrischen Fahrzeugen in einem stationären Stromspeicher kann einen wesentlichen Beitrag zur Energiewende leisten. Für diese sogenannte 2nd-Life Verwendung ist es jedoch notwendig, die weitere Lebensdauer, Sicherheit und Kapazität genau abzuschätzen, ohne die Batterien zu öffnen. Zur Bewältigung dieser Herausforderung sind Mathematische Methoden und Modelle von zentraler Bedeutung, insbesondere da während des Betriebes im Fahrzeug (1st-Life Anwendung) viele zeitaufgelöste Daten anfallen. Die inhärente Mehrskaligkeit von Li-Batterien erfordert dabei einen systematischen Ansatz, um die verschiedenen Alterungseffekte auf den jeweiligen Größen- und Zeitskalen abbilden zu können. Hierzu sollen Modell-Zellen im Rahmen des Projektes hergestellt werden, worin durch beschleunigtes Altern die 10-jährige 1st-Life Anwendung auf ein halbes Jahr abgebildet wird. In operando Untersuchungen dieser Modell-Zellen mit 3D Mikro-CT Methoden ermöglichen dann Abbildung dieser Alterungseffekte. Damit soll ein stochastisches Modell parametrisiert werden, um den Einfluss der Alterung auf die zentralen Größen der Mikrostruktur abbilden zu können. Die Überwindung dieser Skalen zu einem neuen /Newman/-artigen Modell für eine elektrochemische Einzelzelle geschieht durch systematische Homogenisierungsmethoden und ermöglicht eine qualitative und quantitative Abbildung der verschiedenen Alterungseffekte in einem Modell. Hocheffizienten Reduzierte-Basis-Verfahren zur numerischen Lösung ermöglichen dann eine systematische Untersuchung der Alterungseffekte und deren Auftreten auf der Zeitskala für die 2nd-Life Anwendung.