Festkörperbatterien mit metallischer Lithiumelektrode gelten aufgrund ihrer potentiell hohen gravimetrischen und volumetrischen Energiedichte als Speichertechnologie der Zukunft. Durch die Verwendung von keramischen Festelektrolyten wird die thermische Stabilität des elektrochemischen Energiespeichers erhöht und die Betriebssicherheit gesteigert. Ein weiter elektrochemischer Stabilitätsbereich des Festelektrolyten ermöglicht zudem die Nutzung alternativer Kathodenaktivmaterialien mit hoher spezifischer Kapazität und Potentiallage.
Zentrale Herausforderungen für die kommerzielle Einführung von Fetskörperbatterien sind häufig noch unzureichende Fest-fest-Kontakte an der Grenzfläche von Elektroden zu Elektrolyt sowie die Herstellung dünner und dichter Festelekrolytschichten. Trotz hohem Forschungs- und Entwicklungsaufwand in den vergangenen zehn Jahren fehlt es noch immer Prozesstechniken zur industriellen Herstellung von Festkörperbatterien mit Festelektrolytschichten auf oxidkeramischer Basis.
In dieser Arbeit wird die aerosolbasierte Kaltabscheidung für die Herstellung von oxidkeramischen Festelektrolytschichten und (Misch-)Kathodenschichten untersucht. Zentrale Schritte zur industriellen Umsetzung werden aufgezeigt und Beschichtungsparameter diskutiert. Die Schichten werden optisch, mikrostrukturell und elektrochemisch bewertet. Der Einfluss der Bestrahlung mit Hochleistungsleuchtdioden im optischen Wellenlängenbereich zur Steigerung der elektrischen Schichteigenschaften wird im Detail dargestellt. Die Prozesstechnik der aerosolbasierten Kaltabscheidung wird alternativen Herstellungtechniken gegenübergestellt und eine Einschätzung zu einer kostenbasierten industriellen Umsetzung gegeben.
Aktualisiert: 2023-06-22
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Festkörperbatterien mit metallischer Lithiumelektrode gelten aufgrund ihrer potentiell hohen gravimetrischen und volumetrischen Energiedichte als Speichertechnologie der Zukunft. Durch die Verwendung von keramischen Festelektrolyten wird die thermische Stabilität des elektrochemischen Energiespeichers erhöht und die Betriebssicherheit gesteigert. Ein weiter elektrochemischer Stabilitätsbereich des Festelektrolyten ermöglicht zudem die Nutzung alternativer Kathodenaktivmaterialien mit hoher spezifischer Kapazität und Potentiallage.
Zentrale Herausforderungen für die kommerzielle Einführung von Fetskörperbatterien sind häufig noch unzureichende Fest-fest-Kontakte an der Grenzfläche von Elektroden zu Elektrolyt sowie die Herstellung dünner und dichter Festelekrolytschichten. Trotz hohem Forschungs- und Entwicklungsaufwand in den vergangenen zehn Jahren fehlt es noch immer Prozesstechniken zur industriellen Herstellung von Festkörperbatterien mit Festelektrolytschichten auf oxidkeramischer Basis.
In dieser Arbeit wird die aerosolbasierte Kaltabscheidung für die Herstellung von oxidkeramischen Festelektrolytschichten und (Misch-)Kathodenschichten untersucht. Zentrale Schritte zur industriellen Umsetzung werden aufgezeigt und Beschichtungsparameter diskutiert. Die Schichten werden optisch, mikrostrukturell und elektrochemisch bewertet. Der Einfluss der Bestrahlung mit Hochleistungsleuchtdioden im optischen Wellenlängenbereich zur Steigerung der elektrischen Schichteigenschaften wird im Detail dargestellt. Die Prozesstechnik der aerosolbasierten Kaltabscheidung wird alternativen Herstellungtechniken gegenübergestellt und eine Einschätzung zu einer kostenbasierten industriellen Umsetzung gegeben.
Aktualisiert: 2023-06-22
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Festkörperbatterien mit metallischer Lithiumelektrode gelten aufgrund ihrer potentiell hohen gravimetrischen und volumetrischen Energiedichte als Speichertechnologie der Zukunft. Durch die Verwendung von keramischen Festelektrolyten wird die thermische Stabilität des elektrochemischen Energiespeichers erhöht und die Betriebssicherheit gesteigert. Ein weiter elektrochemischer Stabilitätsbereich des Festelektrolyten ermöglicht zudem die Nutzung alternativer Kathodenaktivmaterialien mit hoher spezifischer Kapazität und Potentiallage.
Zentrale Herausforderungen für die kommerzielle Einführung von Fetskörperbatterien sind häufig noch unzureichende Fest-fest-Kontakte an der Grenzfläche von Elektroden zu Elektrolyt sowie die Herstellung dünner und dichter Festelekrolytschichten. Trotz hohem Forschungs- und Entwicklungsaufwand in den vergangenen zehn Jahren fehlt es noch immer Prozesstechniken zur industriellen Herstellung von Festkörperbatterien mit Festelektrolytschichten auf oxidkeramischer Basis.
In dieser Arbeit wird die aerosolbasierte Kaltabscheidung für die Herstellung von oxidkeramischen Festelektrolytschichten und (Misch-)Kathodenschichten untersucht. Zentrale Schritte zur industriellen Umsetzung werden aufgezeigt und Beschichtungsparameter diskutiert. Die Schichten werden optisch, mikrostrukturell und elektrochemisch bewertet. Der Einfluss der Bestrahlung mit Hochleistungsleuchtdioden im optischen Wellenlängenbereich zur Steigerung der elektrischen Schichteigenschaften wird im Detail dargestellt. Die Prozesstechnik der aerosolbasierten Kaltabscheidung wird alternativen Herstellungtechniken gegenübergestellt und eine Einschätzung zu einer kostenbasierten industriellen Umsetzung gegeben.
Aktualisiert: 2023-06-22
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Festkörperbatterien mit metallischer Lithiumelektrode gelten aufgrund ihrer potentiell hohen gravimetrischen und volumetrischen Energiedichte als Speichertechnologie der Zukunft. Durch die Verwendung von keramischen Festelektrolyten wird die thermische Stabilität des elektrochemischen Energiespeichers erhöht und die Betriebssicherheit gesteigert. Ein weiter elektrochemischer Stabilitätsbereich des Festelektrolyten ermöglicht zudem die Nutzung alternativer Kathodenaktivmaterialien mit hoher spezifischer Kapazität und Potentiallage.
Zentrale Herausforderungen für die kommerzielle Einführung von Fetskörperbatterien sind häufig noch unzureichende Fest-fest-Kontakte an der Grenzfläche von Elektroden zu Elektrolyt sowie die Herstellung dünner und dichter Festelekrolytschichten. Trotz hohem Forschungs- und Entwicklungsaufwand in den vergangenen zehn Jahren fehlt es noch immer Prozesstechniken zur industriellen Herstellung von Festkörperbatterien mit Festelektrolytschichten auf oxidkeramischer Basis.
In dieser Arbeit wird die aerosolbasierte Kaltabscheidung für die Herstellung von oxidkeramischen Festelektrolytschichten und (Misch-)Kathodenschichten untersucht. Zentrale Schritte zur industriellen Umsetzung werden aufgezeigt und Beschichtungsparameter diskutiert. Die Schichten werden optisch, mikrostrukturell und elektrochemisch bewertet. Der Einfluss der Bestrahlung mit Hochleistungsleuchtdioden im optischen Wellenlängenbereich zur Steigerung der elektrischen Schichteigenschaften wird im Detail dargestellt. Die Prozesstechnik der aerosolbasierten Kaltabscheidung wird alternativen Herstellungtechniken gegenübergestellt und eine Einschätzung zu einer kostenbasierten industriellen Umsetzung gegeben.
Aktualisiert: 2023-06-22
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Festkörperbatterien mit metallischer Lithiumelektrode gelten aufgrund ihrer potentiell hohen gravimetrischen und volumetrischen Energiedichte als Speichertechnologie der Zukunft. Durch die Verwendung von keramischen Festelektrolyten wird die thermische Stabilität des elektrochemischen Energiespeichers erhöht und die Betriebssicherheit gesteigert. Ein weiter elektrochemischer Stabilitätsbereich des Festelektrolyten ermöglicht zudem die Nutzung alternativer Kathodenaktivmaterialien mit hoher spezifischer Kapazität und Potentiallage.
Zentrale Herausforderungen für die kommerzielle Einführung von Fetskörperbatterien sind häufig noch unzureichende Fest-fest-Kontakte an der Grenzfläche von Elektroden zu Elektrolyt sowie die Herstellung dünner und dichter Festelekrolytschichten. Trotz hohem Forschungs- und Entwicklungsaufwand in den vergangenen zehn Jahren fehlt es noch immer Prozesstechniken zur industriellen Herstellung von Festkörperbatterien mit Festelektrolytschichten auf oxidkeramischer Basis.
In dieser Arbeit wird die aerosolbasierte Kaltabscheidung für die Herstellung von oxidkeramischen Festelektrolytschichten und (Misch-)Kathodenschichten untersucht. Zentrale Schritte zur industriellen Umsetzung werden aufgezeigt und Beschichtungsparameter diskutiert. Die Schichten werden optisch, mikrostrukturell und elektrochemisch bewertet. Der Einfluss der Bestrahlung mit Hochleistungsleuchtdioden im optischen Wellenlängenbereich zur Steigerung der elektrischen Schichteigenschaften wird im Detail dargestellt. Die Prozesstechnik der aerosolbasierten Kaltabscheidung wird alternativen Herstellungtechniken gegenübergestellt und eine Einschätzung zu einer kostenbasierten industriellen Umsetzung gegeben.
Aktualisiert: 2023-06-14
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Festkörperbatterien mit metallischer Lithiumelektrode gelten aufgrund ihrer potentiell hohen gravimetrischen und volumetrischen Energiedichte als Speichertechnologie der Zukunft. Durch die Verwendung von keramischen Festelektrolyten wird die thermische Stabilität des elektrochemischen Energiespeichers erhöht und die Betriebssicherheit gesteigert. Ein weiter elektrochemischer Stabilitätsbereich des Festelektrolyten ermöglicht zudem die Nutzung alternativer Kathodenaktivmaterialien mit hoher spezifischer Kapazität und Potentiallage.
Zentrale Herausforderungen für die kommerzielle Einführung von Fetskörperbatterien sind häufig noch unzureichende Fest-fest-Kontakte an der Grenzfläche von Elektroden zu Elektrolyt sowie die Herstellung dünner und dichter Festelekrolytschichten. Trotz hohem Forschungs- und Entwicklungsaufwand in den vergangenen zehn Jahren fehlt es noch immer Prozesstechniken zur industriellen Herstellung von Festkörperbatterien mit Festelektrolytschichten auf oxidkeramischer Basis.
In dieser Arbeit wird die aerosolbasierte Kaltabscheidung für die Herstellung von oxidkeramischen Festelektrolytschichten und (Misch-)Kathodenschichten untersucht. Zentrale Schritte zur industriellen Umsetzung werden aufgezeigt und Beschichtungsparameter diskutiert. Die Schichten werden optisch, mikrostrukturell und elektrochemisch bewertet. Der Einfluss der Bestrahlung mit Hochleistungsleuchtdioden im optischen Wellenlängenbereich zur Steigerung der elektrischen Schichteigenschaften wird im Detail dargestellt. Die Prozesstechnik der aerosolbasierten Kaltabscheidung wird alternativen Herstellungtechniken gegenübergestellt und eine Einschätzung zu einer kostenbasierten industriellen Umsetzung gegeben.
Aktualisiert: 2023-06-14
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Die Batterietechnologie ist aus der heutigen Zeit nicht mehr wegzudenken. Sie entwickelt sich ebenso schnell weiter wie ihre Einsatzgebiete. Für alle neuen Batterietechnologien werden als wichtigste Eigenschaften und Herausforderungen in der Regel die Sicherheit, die Leistungs- und Energiedichte, die Lebensdauer und der Preis diskutiert.
Häufig vernachlässigtwird dabei jedoch die Produzierbarkeit.
In dieser Arbeit werden skalier- und industrialisierbare Prozessketten zur Herstellung von neuartigen und festkörperbasierten Lithiumbatterien entwickelt. Es werden Möglichkeiten zur prozessinduzierten Separator- und Elektrodenstrukturierung untersucht und aufgezeigt. Durch deren Anwendung lassen sich für diese Batteriesysteme optimierte elektro-chemische Energie- und Leistungseigenschaften erreichen. Die Erkenntnisse werden in Modellen, Methoden und Produktionsprozessen zusammengefasst, um eine Übertragbar-keit auf weitere Batteriesysteme zu ermöglichen. Diese Arbeit legt somit weitere Grund-steine für die disruptive Entwicklung der Batterietechnologie in Hinblick auf die erwähnten Herausforderungen und erweitert diese um die oft vernachlässigte Eigenschaft der Produzierbarkeit.
Aktualisiert: 2022-10-06
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Die Batterietechnologie ist aus der heutigen Zeit nicht mehr wegzudenken. Sie entwickelt sich ebenso schnell weiter wie ihre Einsatzgebiete. Für alle neuen Batterietechnologien werden als wichtigste Eigenschaften und Herausforderungen in der Regel die Sicherheit, die Leistungs- und Energiedichte, die Lebensdauer und der Preis diskutiert.
Häufig vernachlässigtwird dabei jedoch die Produzierbarkeit.
In dieser Arbeit werden skalier- und industrialisierbare Prozessketten zur Herstellung von neuartigen und festkörperbasierten Lithiumbatterien entwickelt. Es werden Möglichkeiten zur prozessinduzierten Separator- und Elektrodenstrukturierung untersucht und aufgezeigt. Durch deren Anwendung lassen sich für diese Batteriesysteme optimierte elektro-chemische Energie- und Leistungseigenschaften erreichen. Die Erkenntnisse werden in Modellen, Methoden und Produktionsprozessen zusammengefasst, um eine Übertragbar-keit auf weitere Batteriesysteme zu ermöglichen. Diese Arbeit legt somit weitere Grund-steine für die disruptive Entwicklung der Batterietechnologie in Hinblick auf die erwähnten Herausforderungen und erweitert diese um die oft vernachlässigte Eigenschaft der Produzierbarkeit.
Aktualisiert: 2022-10-06
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Um zukünftige Anforderungen an Batterien erfüllen zu können, müssen heutige Lithium-Ionen Batterien weiterentwickelt werden. Ein vielversprechender Ansatz, der die Steigerung von Energie- und Leistungsdichte verspricht, ist die Lithium-Ionen Festkörperbatterie. In dieser Arbeit wird ein Ersatzschaltbild-basiertes Modell, sowie dessen Parametrierung vorgestellt, welches die Energie-/Leistungsdichte einer Festkörperbatterie abhängig von Material, Geometrie und Mikrostruktur berechnen kann. In order to meet future battery requirements, today's lithium-ion batteries need to be improved. A promising approach that should enable to increase energy and power density is the all-solid-state battery. In this dissertation, an equivalent circuit based model is presented, as well as its parameterization, which can calculate the energy/power density of any all-solid-state battery depending on material, geometry and microstructure.
Aktualisiert: 2021-02-11
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Höhere Energiedichten und höhere Sicherheit zu niedrigeren Kosten – so lautet die Idealvorstellung zu zukünftigen Batterie-Technologien, die oft unter dem Begriff „Post-Lithium-Ionen-Technologien“ zusammengefasst werden. Bei genauerer Betrachtung sind bei einem Großteil dieser Technologien weiterhin Lithium-Ionen im Einsatz. Viele neue Ansätze sind dabei grundsätzlich vielversprechend, wie All-Solid-State-, Lithium-Luft- oder Lithium-Schwefel-Batterien.
Diesen ist jedoch gemein, dass noch eine Vielzahl an Herausforderungen sowohl auf Produkt- als auch Prozessseite bestehen. Keine der Technologien befindet sich derzeit in einem serienreifen Entwicklungsstand, auf dessen Basis die industrielle Produzierbarkeit vollumfänglich bewertet werden könnte.
Dabei müssen sich diese neuen Technologien stets mit der bekannten Lithium-Ionen-Technologie messen lassen, welche sich in den kommenden Jahren ebenfalls weiterentwickeln wird.
Aktualisiert: 2019-07-04
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