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Innovative Batterieteststrategien für die Energiewende (I-BasE)

Laufzeit: 01.01.2022-31.12.2026

Kernthemen:

  • Entwicklung der Floaterhardware
  • Erforschung der Floatstromanalyse an Batteriezellen
  • Entwicklung von idealen Messroutinen
  • Automatisierung für eine beschleunigte Anwendung
  • Modellierung der Alterung

Kurzbeschreibung:

Die Nachwuchsforschungsgruppe I-BasE hat es sich zum Ziel gesetzt, neue industrierelevante Teststrategien für Lithium-Ionen-Zellen in einem interdisziplinären und internationalen Team zu entwickeln, die reversible Kapazitätseffekte und Zusatzeffekte durch die Beschleunigung der Alterungstests berücksichtigen.

Hierfür werden quasi-statische Selbstentladeströme - genannt Floatströme – untersucht, die eine starke Korrelation zum Kapazitätsverlust der Zellen zeigen. Besonders attraktiv ist die schnelle und direkte Messung der Alterung, die u.a. zu einer schnellen Charakterisierung führen. Durch die Integration der elektrochemischen Impedanzspektroskopie (EIS) können noch zusätzlich rauscharm die Widerstände gemessen werden.

Dadurch werden einmal die Vorhersagequalität erhöht und gleichzeitig die Testzeiten für die heimischen Unternehmen verkürzt. Durch die günstige, umfassende und schnelle Charakterisierung der Zellen können diese passgenauer ausgewählt werden, um damit Kosten zu sparen und Innovationszyklen zu beschleunigen.

Das Projekt hat ein Volumen von insgesamt 2,2 Mio. Euro und umfasst 4-5 wissenschaftliche Mitarbeiter über 5 Jahre.

Relevante Literatur:

Veröffentlichungen Floatströme

  • I. Kiran, M. Azzam, C. Endisch, N. Z. Butt, M. Lewerenz, Evaluation of Calendar Aging in Cells with Graphite: Silicon Anode Using Float Current Analysis Under the Influence of Voltage Hysteresis, Journal of Electrochemical Society, Volume 172, Number 10 (2025). doi: 10.1149/1945-7111/ae0fe8.
  • M. Azzam, D.-U. Sauer, C. Endisch, M. Lewerenz, Comprehensive Analysis of Float Current Behavior and Calendar Aging Mechanisms in Lithium-Ion Batteries, Batteries & Supercaps (2025), e202500349. https://doi.org/10.1002/batt.202500349.
  • M. Azzam, A. Aydin, C. Endisch, D.-U. Sauer, M. Lewerenz, Float Current Analysis for Lithium-Ion Battery Aging: Insights into SEI Growth and Cathode Lithiation with EIS and ICP OES, Journal of The Electrochemical Society, Volume 172, Number 7 (2025). doi: 10.1149/1945-7111/adef85.
  • Q. Yu, I. Kiran, M. Ehrensberger, L. Streck, T. Roth, A. Jossen, C. Endisch, M. Lewerenz, Assigning Calendar Aging during Open Circuit and Float Current Analysis to Anode and Cathode Aging Using Three-Electrode Cells, Journal of The Electrochemical Society, Volume 172, Number 6 (2025). doi: 10.1149/1945-7111/ade295.
  • M. Azzam, M. Ehrensberger, C. Endisch, D.-U. Sauer, M. Lewerenz, Comparison of dU/dQ, Voltage Decay, and Float Currents via Temperature Ramps and Steps in Li-ion Batteries, Batteries & Supercaps (2024), e202400627. https://doi.org/10.1002/batt.202400627.
  • M. Azzam, M. Ehrensberger, C. Endisch, M. Lewerenz, Accelerating float current measurement with temperature ramps revealing entropy insights, Journal of Energy Storage, Volume 102, Part B (2024). https://doi.org/10.1016/j.est.2024.114142.
  • M. Azzam, C. Endisch, M. Lewerenz, Evaluating the Aging-Induced Voltage Slippery as Cause for Float Currents of Lithium-ion Cells, Batteries 10(1) (2024) 3. https://doi.org/10.3390/batteries10010003.
  • M. Azzam, M. Ehrensberger, R. Scheuer, C. Endisch, M. Lewerenz, Long-Term Self-Discharge Measurements and Modelling for Various Cell Types and Cell Potentials, Energies 16(9) (2023) 3889. https://doi.org/10.3390/en16093889.
  • M. Theiler, C. Endisch and M. Lewerenz, Float Current Analysis for Fast Calendar Aging Assessment of 18650 Li(NiCoAl)O2/Graphite Cells, Batteries 7 (2021) 22. https://doi.org/10.3390/batteries7020022.
  • M. Lewerenz, J. Münnix, J. Schmalstieg, S. Käbitz, M. Knips, A. Warnecke, D.U. Sauer, New method evaluating currents keeping the voltage constant for fast and high resolved measurement of Arrhenius relation and capacity fade, J. Power Sources 353 (2017) 144–151. https://doi:10.1016/j.jpowsour.2017.03.136.

Veröffentlichungen Homogenität

  • M. Lewerenz, P. Dechent, D.U. Sauer, Investigation of capacity recovery during rest period at different states-of-charge after cycle life test for prismatic Li(Ni1/3Mn1/3Co1/3)O2-graphite cells, Journal of Energy Storage 21 (2019) 680–690. https://doi.org/10.1016/j.est.2019.01.004.
  • M. Lewerenz, D.U. Sauer, Evaluation of cyclic aging tests of prismatic automotive LiNiMnCoO2-Graphite cells considering influence of homogeneity and anode overhang, Journal of Energy Storage 18 (2018) 421–434. https://doi.org/10.1016/j.est.2018.06.003.
  • M. Lewerenz, G. Fuchs, L. Becker, D.U. Sauer, Irreversible calendar aging and quantification of the reversible capacity loss caused by anode overhang, Journal of Energy Storage 18 (2018) 149–159. https://doi.org/10.1016/j.est.2018.04.029.
  • M. Lewerenz, A. Marongiu, A. Warnecke, D.U. Sauer, Differential voltage analysis as a tool for analyzing inhomogeneous aging: a case study for LiFePO4|Graphite cylindrical cells, J. Power Sources 368 (2017) 57–67. https://doi:10.1016/j.jpowsour.2017.09.059.
  • M. Lewerenz, A. Warnecke, D.U. Sauer, Introduction of capacity difference analysis (CDA) for analyzing lateral lithium-ion flow to determine the state of covering layer evolution, J. Power Sources 354 (2017) 157–166. https://doi.org/10.1016/j.jpowsour.2017.04.043.

Veröffentlichungen Überstandseffekt

  • M. Lewerenz, J. Münnix, J. Schmalstieg, S. Käbitz, M. Knips, D.U. Sauer, Systematic aging of commercial LiFePO4jGraphite cylindrical cells including a theory explaining rise of capacity during aging, J. Power Sources 345 (2017) 254–263. https://doi:10.1016/j.jpowsour.2017.01.133.
  • M. Lewerenz, G. Fuchs, L. Becker, D.U. Sauer, Irreversible calendar aging and quantification of the reversible capacity loss caused by anode overhang, Journal of Energy Storage 18 (2018) 149–159. https://doi.org/10.1016/j.est.2018.04.029.
  • M. Lewerenz, P. Dechent, D.U. Sauer, Investigation of capacity recovery during rest period at different states-of-charge after cycle life test for prismatic Li(Ni1/3Mn1/3Co1/3)O2-graphite cells, Journal of Energy Storage 21 (2019) 680–690. https://doi.org/10.1016/j.est.2019.01.004.

Ansprechpartner

Förderung

Dieses Projekt wird gefördert vom Bundesministerium für Bildung und Forschung im Rahmen der Bekanntmachung „BattFutur“ (Förderkennzeichen 03XP0442).

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