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Akkumulatoren
Einführung Akkumulatortechnologie NiMH vs. LiIon Der FEAR-Akku Schlussbetrachtungen Akkumulatoren TU Berlin - Projektlabor SoSe 2013 Georg Lienke 6. Mai 2013 1 Georg Lienke Akkumulatoren Einführung Akkumulatortechnologie NiMH vs. LiIon Der FEAR-Akku Schlussbetrachtungen Inhaltsverzeichnis 1 2 3 4 2 Einführung Akkumulatortechnologie Zellreaktion Klassikation Zelltypen Energiedichte NiMH vs. LiIon Lade- und Entladekurven LiIon Lade- und Entladekurven NiMH Unterschiede von NiMH- und LiIon-Akkumulatoren Der FEAR-Akku CNH-400C/1P (fey Elektronik) Schlussbetrachtungen Alternativen Quellen Georg Lienke Akkumulatoren Einführung Akkumulatortechnologie NiMH vs. LiIon Der FEAR-Akku Schlussbetrachtungen Zellreaktion Klassikation Zelltypen Energiedichte Universelle Charakteristika von Akkumulatoren Aufbau einer Batterien (Bild zeigt Primärbatterie. Aufbau Sekundärbatterie vergleichbar.) Energiespeicher (El. Energie 3 Ladung chem. Energie) Georg Lienke Akkumulatoren Einführung Akkumulatortechnologie NiMH vs. LiIon Der FEAR-Akku Schlussbetrachtungen Zellreaktion Klassikation Zelltypen Energiedichte Universelle Charakteristika von Akkumulatoren Aufbau einer Batterien (Bild zeigt Primärbatterie. Aufbau Sekundärbatterie vergleichbar.) Energiespeicher (El. Energie 3 Ladung chem. Energie) Georg Lienke Akkumulatoren Einführung Akkumulatortechnologie NiMH vs. LiIon Der FEAR-Akku Schlussbetrachtungen Zellreaktion Klassikation Zelltypen Energiedichte Universelle Charakteristika von Akkumulatoren Aufbau einer Batterien (Bild zeigt Primärbatterie. Aufbau Sekundärbatterie vergleichbar.) Energiespeicher (El. Energie Ladung chem. Energie) Reversible Generatoren 3 Georg Lienke Akkumulatoren Einführung Akkumulatortechnologie NiMH vs. LiIon Der FEAR-Akku Schlussbetrachtungen Zellreaktion Klassikation Zelltypen Energiedichte Universelle Charakteristika von Akkumulatoren Aufbau einer Batterien (Bild zeigt Primärbatterie. Aufbau Sekundärbatterie vergleichbar.) Energiespeicher (El. Energie Ladung chem. Energie) Reversible Generatoren 3 Georg Lienke Akkumulatoren Einführung Akkumulatortechnologie NiMH vs. LiIon Der FEAR-Akku Schlussbetrachtungen Zellreaktion Klassikation Zelltypen Energiedichte Zellreaktion Allgemeine Redoxreaktion a Ox + ne − Reduktion b Red am Beispiel der NiMH Zellreaktion 4 Georg Lienke Akkumulatoren Einführung Akkumulatortechnologie NiMH vs. LiIon Der FEAR-Akku Schlussbetrachtungen Zellreaktion Klassikation Zelltypen Energiedichte Zellreaktion Allgemeine Redoxreaktion a Ox + ne − Reduktion b Red am Beispiel der NiMH Zellreaktion 1 Reaktion an der positiven Elektrode NiOOH 4 + 2 H O + e − Entladung Ni (OH ) Georg Lienke Akkumulatoren 2 + OH − Einführung Akkumulatortechnologie NiMH vs. LiIon Der FEAR-Akku Schlussbetrachtungen Zellreaktion Klassikation Zelltypen Energiedichte Zellreaktion Allgemeine Redoxreaktion a Ox + ne − Reduktion b Red am Beispiel der NiMH Zellreaktion 1 Reaktion an der positiven Elektrode + NiOOH 2 Reaktion an der + e − Entladung Ni (OH ) 2 + OH negativen Elektrode ab MH 4 2 H O + OH − Entladung M + Georg Lienke Akkumulatoren 2 H O + e − − Einführung Akkumulatortechnologie NiMH vs. LiIon Der FEAR-Akku Schlussbetrachtungen Zellreaktion Klassikation Zelltypen Energiedichte Zellreaktion Allgemeine Redoxreaktion a Ox + ne − Reduktion b Red am Beispiel der NiMH Zellreaktion 1 Reaktion an der positiven Elektrode + NiOOH 2 Reaktion an der 2 + H O e − Ni (OH ) 2 + OH negativen Elektrode ab MH + OH Entladung − 3 Gesamtreaktion NiOOH 4 Entladung + ab MH M Entladung + 2 H O Ni (OH ) Georg Lienke Akkumulatoren + 2 + e − M − Einführung Akkumulatortechnologie NiMH vs. LiIon Der FEAR-Akku Schlussbetrachtungen Zellreaktion Klassikation Zelltypen Energiedichte Zellreaktion Allgemeine Redoxreaktion a Ox + ne − Reduktion b Red am Beispiel der NiMH Zellreaktion 1 Reaktion an der positiven Elektrode + NiOOH 2 Reaktion an der 2 + H O e − Ni (OH ) 2 + OH negativen Elektrode ab MH + OH Entladung − 3 Gesamtreaktion NiOOH 4 Entladung + ab MH M Entladung + 2 H O Ni (OH ) Georg Lienke Akkumulatoren + 2 + e − M − Einführung Akkumulatortechnologie NiMH vs. LiIon Der FEAR-Akku Schlussbetrachtungen Zellreaktion Klassikation Zelltypen Energiedichte Zelltypen wässrige Elektrolyte PB (PbSO4 ), NiCd (KOH), NiMH (KOH) Mittlere bis Hohe Energiedichte Sicherheit: Volumenänderung der Zelle bei Überladung nichtwässrige Elektrolyte Hochtemperatursysteme (Na-basiert), Li-org. Flüssigelektrolyt (z.B. Lix MoO2 in LiPF6 ) , Li-Polymer Hohe Energiedichte Sicherheit: Seperator notwendig 5 Georg Lienke Akkumulatoren Einführung Akkumulatortechnologie NiMH vs. LiIon Der FEAR-Akku Schlussbetrachtungen Zellreaktion Klassikation Zelltypen Energiedichte Energiedichte ausgewählter Zelltypen Abbildung : Energiedichte verschiedener Zelltypen 6 Georg Lienke Akkumulatoren Einführung Akkumulatortechnologie NiMH vs. LiIon Der FEAR-Akku Schlussbetrachtungen Lade- und Entladekurven LiIon Lade- und Entladekurven NiMH Unterschiede von NiMH- und LiIon-Akkumulatoren Lade- und Entladekurven LiIon Abbildung : Ladeverlauf eines LiIon-Akkus 7 Abbildung : Entladekurve eines LiIon-Akkus Georg Lienke Akkumulatoren Einführung Akkumulatortechnologie NiMH vs. LiIon Der FEAR-Akku Schlussbetrachtungen Lade- und Entladekurven LiIon Lade- und Entladekurven NiMH Unterschiede von NiMH- und LiIon-Akkumulatoren Lade- und Entladekurven NiMH Abbildung : Lade- und Entladeverlauf eine NiMH-Akkus 8 Georg Lienke Akkumulatoren Einführung Akkumulatortechnologie NiMH vs. LiIon Der FEAR-Akku Schlussbetrachtungen Lade- und Entladekurven LiIon Lade- und Entladekurven NiMH Unterschiede von NiMH- und LiIon-Akkumulatoren Vor- und Nachteile der beiden Akkutypen Akkutyp NiMH LiIon 9 Vorteile Temperaturkriterium Ladungsdichte Nachteile Memory-Eekt Explosionsgefahr Georg Lienke Akkumulatoren Einführung Akkumulatortechnologie NiMH vs. LiIon Der FEAR-Akku Schlussbetrachtungen CNH-400C/1P (fey Elektronik) Lade- und Entladecharakteristika Abbildung : Spannungsverlauf in Abhängigkeit von der eingeladenen Kapazität. Dargestellt sind zwei verschiedene Ladeströme [400 mA (0.1 C) und 2000 mA (0.5 C)] Abbildung : Zeitlicher Spannungsverlauf bei Entladung mit 4000 mA (1 C) 10 Georg Lienke Akkumulatoren Einführung Akkumulatortechnologie NiMH vs. LiIon Der FEAR-Akku Schlussbetrachtungen CNH-400C/1P (fey Elektronik) Spezikationen Abbildung : Spezikationen des ausgewählten NiMH-Akkus. 11 Georg Lienke Akkumulatoren Einführung Akkumulatortechnologie NiMH vs. LiIon Der FEAR-Akku Schlussbetrachtungen CNH-400C/1P (fey Elektronik) Abschaltkriterien Abbildung : Verschiedene Kriterien des Ladeendes von NiMH-Akkus 12 Georg Lienke Akkumulatoren Einführung Akkumulatortechnologie NiMH vs. LiIon Der FEAR-Akku Schlussbetrachtungen Alternativen Quellen Oder doch anders? Abbildung : Die alternative Batterie 13 Georg Lienke Akkumulatoren Einführung Akkumulatortechnologie NiMH vs. LiIon Der FEAR-Akku Schlussbetrachtungen Alternativen Quellen Quellen I U. Tietze Ch. Schenk. . Springer Verlag, 12. edition, 2002. Halbleiterschaltungstechnik Sylvie Genies Christian Glaize. Lead and Nickel Electrochemical Batteries Wiley, 2012. . Heinz-Albert Kiehne et.al. . Batterien Grundlagen und Theorie, aktueller technischer Stand und Entwicklungstendenzen Expert Verlag, 5. edition, 2003. Heinz-Albert Kiehne et.al. . Gerätebatterien Grundlagen und Theorie aktueller technischer Stand und Entwicklungstendenzen Expert Verlag, 3. edition, 2003. fey elektronik Batterie-und Ladetechnik. Datenblatt CNH-400C/1P. Technical report, fey elektronik, 2013. http://greenissimo.digital dictators.de/. Der zitronen akku, May 2013. http://www.itwissen.info/bilder/aufbau-einer batterie.png. Aufbau einer batterie, May 2013. 14 Georg Lienke Akkumulatoren Einführung Akkumulatortechnologie NiMH vs. LiIon Der FEAR-Akku Schlussbetrachtungen Alternativen Quellen Quellen II S.A. Hackney K.E. Aifantis and R.V. Kumar. High Energy Density Lithium Batteries. Wiley-VCH Verlag, 2010. Jürgen O. Besenhard Martin Winter. Wiederauadbare Batterien, Teil I. Chemie in unserer Zeit, 5:252266, 33. Jg. 1999. Jürgen O. Besenhard Martin Winter. Wiederauadbare Batterien, Teil II. Chemie in unserer Zeit, 6:230332, 33. Jg. 1999. Lucien F. Trueb Paul Rüetschi. Batterien und Akkumulatoren. Springer-Verlag, 1998. René Straÿnick. Ladezustandsbestimmung und Batteriemanagement für verschlossene Bleiakkumulatoren in . PhD thesis, Technische Universität Berlin, 2005. Elektrostraÿenfahrzeugen Andreas Jossen Wolfgang Weydanz. . Moderne Akkumulatoren richtig einsetzen Reichardt Verlag, 2006. 15 Georg Lienke Akkumulatoren Einführung Akkumulatortechnologie NiMH vs. LiIon Der FEAR-Akku Schlussbetrachtungen Alternativen Quellen Danksagung Vielen Dank für Eure Aufmerksamkeit! 16 Georg Lienke Akkumulatoren
