Materialforschung bei Akkutechniken

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    • Materialforschung bei Akkutechniken

      Eine Materialforschung ist zwar nicht ein Kernthema im Forum beim Bau eines Schaukampfroboters, aber ich finde die Entdeckung trotzdem erwähnenswert als guten Hinweis für "neue Akkutechnologien".






      Bei gleichem Raumvolumen wieder um knapp 50% höhere Akkukapazitäten. Das klingt doch gut. (Siehe u.g. Bericht aus "Elektronik Information / Ausgabe 8 / 2018".
      Leider nichts erwähnt, wie es mit der Schnelllade-Eigenschaft aussieht.





      o.o.t.:

      => Solange es nicht auf diese Anwendungstechnik hinausläuft: :D :D :D :D
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      • Batterietechnik_ohne_Kobalt.jpg

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      Interesse an Elektronik für Schaukampfroboter und Kettenfahrzeuge (Fahrtregler, ESC) ? => http://www.Robots.IB-Fink.de

      Leitspruch: "Wer will, findet Wege. Wer nicht will, findet Gründe."
    • klingt spannend.
      da ich nicht ganz so viel von dem ganzen Prozess verstehe, und das Periodensystem und Ich noch nie Freunde waren:
      Dadurch müsste doch dann auch die Gefahr eines Brandes minimiert werden können, oder?
      Oder liegt das Brandverhalten nicht am verwendeten Grundmaterial, sondern an ???

      Wäre natürlich toll wenn da mal etwas leichteres als die schweren Lifepo´s dabei herauskommt.

      edit:
      über Kinderarbeit, Ökobilanz, Herstellkosten und Verkaufskosten sowie Materialverfügbarkei hatte ich jetzt Nichts geschrieben.
      imo gilt es so etwas leider immer abzuwarten, obwohl der Ansatz sehr vielversprechend ist.

      homo homini deus
      homo homini lupus

      The post was edited 1 time, last by D.D.Armageddon ().

    • Das Brandverhalten liegt soweit ich weiß hauptsächlich daran, dass ein kleiner Fehler irgendwo im Akku reicht, um quasi sowas wie einen internen Kurzschluss auszulösen, der genug Energie freisetzt um quasi Nachbarbereiche auch zu beschädigen, was im Endeffekt eine Kettenreaktion auslöst.

      Warum genau das bei LiFePo nicht passiert, bin ich mir nicht ganz sicher, evt. einfach weil die etwas niedrigere Energiedichte ausreicht, dass es nicht mehr für eine Kettenreaktion ausreicht.

      Sollte das der Fall sein, sind Akkus mit noch höherer Energiedichte da wohl eher anfälliger.
      Andererseits, wenn es diesen Schichtaufbau nichtmehr gibt, kann auch keine Trennwand dazwischen mehr beschädigt werden. Könnte also sein, dass sie prinzipiell sicherer sind, aber sollte man sie zB. anzünden umso heftiger hochgehen.

      Aber das ist jetzt alles mehr oder weniger geraten, hab mich nie wirklich mit Akkutechnik beschäftigt, und ich finde der Artikel gibt jetzt auch nicht soooo viel genaue Infos her. Müsste man sich wohl mal die Veröffentlichungen in richtigen Fachblättern von den Forschungsgruppen durchlesen, aber... nicht heute, nicht in absehbarer Zeit.
      "Spiel mit dem Feuer. Tu es.
      Denn man kann einem Kind hundertmal sagen, die Herdplatte sei heiß. Die Bedeutung wird ihm erst in dem Moment, in dem es trotzdem drauffässt klar.
      So lernt doch jeder für sich selbst, in dem großen Spiel das Leben heißt. Und das Feuer ist einer der anspruchsvollsten, dennoch lohnendsten Mitspieler."

      Ps: Nicht käuflich, aber buchbar
    • Runsler wrote:

      Warum genau das bei LiFePo nicht passiert, bin ich mir nicht ganz sicher, evt. einfach weil die etwas niedrigere Energiedichte ausreicht, dass es nicht mehr für eine Kettenreaktion ausreicht.
      Chemie war auch nicht unbedingt eines meiner Lieblingsfächern, weil ich zuhause damit nicht viel machen konnte. (Als Minderjähriger kriegt man in der Apotheke ja nichts von dem begehrten Zeug wie Schwefel, Phosphor, usw....)

      Nach meinem Kenntnisstand sind die LeFePo4-Akkus deswegen nicht so brandgefähred, weil sie nur ein zwanzigstel vom Lithium enthalten wie vergleichbare LiPos. Und: Lithium ist in der ersten Gruppe des Periodensystems, ein Leichtmetall. Es reagiert ziemlich heftig. An dem Chemieversuch kann ich mich noch erinnern, als der Lehrer ein kleines Stückchen Lithium auf die Oberfläche von einem Wasserbehälter aufsetze. Das Stückchen Li "raste" über die Oberfläche des Wassers, bis es endlich komplett oxidiert (?) war.

      Das mit dem "Abstandshalter" zwischen den Elementen ist das Problem. Kann man dünner machen. Sobald eine defekte Stelle ist, brennt der Akku. Haben die Akkuhersteller für die Tablets/Laptops genügend bewiesen.

      Irgendwo habe ich mal aufgeschnappt, dass in LiPo-Akkus die chemisch gebundene Energie das siebenfache ist, als das, was elektrisch als Nutzenergie gespeichert werden kann. Darum also die heftige Reaktion beim Abbrennen eines Akkus, da wird die chemisch gespeicherte Energie freigesetzt.

      Ja, der Artikel gab' keine Details her. Ich wollte trotzdem mal darauf hinweisen, dass sich da viellelicht was tut. Auf die neue Akkugeneration würde ich jetzt nicht unbedingt warten. ;)
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    • Akkuforschung wird ja quasi andauernd und überall betrieben...
      Meine erste Vorlesung an der Uni hat auch ein Prof gehalten, der in der Richtung tätig ist, speziell Richtung Lithium-Luft-Akku:
      chemie.uni-hamburg.de/ac/froeba/
      Nur bis dabei wirklich etwas brauchbares herauskommt...
      Da kommt dann ja vor allem auch noch der Prozess das vom Labor in die Industrie zu übertragen. Und der kann bei sowas schon dauern.

      Und dann hab ich vor Jahren mal gehört, dass eine Forschungsgruppe metallischen Wasserstoff benutzen wollte statt Lithium. Aber der ist allein dadurch, in dem ZUstand zu sein schon nicht spaßig in der Handhabung.
      "Spiel mit dem Feuer. Tu es.
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      Ps: Nicht käuflich, aber buchbar
    • Hab ich heute beim Stöbern im Netz gefunden und fand es ziemlich interessant:

      Wenn die Akkus mehr Power hätten, wären die ideal für Bots. Dann könnte man sogar noch fahren, wenn der halbe Akku von einem Spinner zerstört wird. (Natürlich weiß ich, dass dann trotzdem die Leistung sinkt)
      Wird schon schief gehen...
    • Team Explosive wrote:

      Hab ich heute beim Stöbern im Netz gefunden und fand es ziemlich interessant:

      Wenn die Akkus mehr Power hätten, wären die ideal für Bots. Dann könnte man sogar noch fahren, wenn der halbe Akku von einem Spinner zerstört wird. (Natürlich weiß ich, dass dann trotzdem die Leistung sinkt)
      Eine wirklich interessante Technologie. Abschneiden etc. muss zwar nicht wirklich sein, aber die Resistenz gegen Überladen etc ist wirklich beeindruckend.
      (Hab' einen nagelneuen LiPo in meinem Fundus entdeckt, der hat noch nie eine Last oder Ladegerät gesehen. Und hat dicke Backen... :( )
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      Leitspruch: "Wer will, findet Wege. Wer nicht will, findet Gründe."
    • Aktuell wieder eine neue Nachricht über eine neue Akkutechnologie. Allerdings nicht für uns, sondern für stationäre Anlagen. Trotzdem interessant, dass es jetzt ohne Litium geht....

      br.de/nachrichten/bayern/oeko-…papierherstellung,RAsb7hK



      (Quelle: br.de / 30.11.2018 : br.de/nachrichten/bayern/oeko-…papierherstellung,RAsb7hK )
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    • Bin überrascht, an welchen Materialien derzeit noch geforscht wird: => Natrium-Ionenbatterie


      zdf.de/nachrichten/zdf-morgenm…rien-der-zukunft-100.html

      Die Zukunft der Erdnussbauern wäre gesichert.

      Aber wem's nicht aufgefallen ist:
      So.... ... macht man das nicht! Keine elektrisch leitende Pinzette verwenden und damit die Pole kurzschließen.... *schauder*
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    • Aktuell auf der Heise-Seite einen Artikel über neue LiIo-Technik gefunden:

      heise.de/autos/artikel/Konkurr…m-Ionen-Akku-4630209.html

      Quelle: heise.de vom 15.01.2020 ; Autor: Florian Pillau => heise.de/autos/artikel/Konkurr…m-Ionen-Akku-4630209.html



      Konkurrenz für Lithium-Ionen-Akku


      Forscher haben den nach eigenen Angaben bislang leistungsfähigsten Lithium-Akku ohne Nickel und Kobalt entwickelt. Mit einer Schwefel-Elektrode könne die Leistung der aktuellen Technologie deutlich übertreffen, schon erste Tests ergaben eine Verdreifachung gegenüber Lithium-Ionen-Akkus



      08.01.2020 13:46 Uhr Von
      • Florian Pillau
      Forscher vermelden die Entwicklung des bislang leistungsfähigsten Lithium-Akkus ohne Nickel und Kobalt. Mit einer Schwefel-Elektrode könne die Leistung der aktuellen Technologie deutlich übertreffen, berichtete die Monash-Universität im australischen Clayton: Schon erste Tests ergaben eine Verdreifachung gegenüber Lithium-Ionen-Akkus.
      Der Lithium-Schwefel-Akku bekam dazu eine stabilere Schwefel-Kathode, die auch bei dickeren Schwefelschichten nicht mehr zerkrümelt. Damit erlaubt sie Energiedichten von mehr als 1200 Milliamperestunden pro Gramm, wie die Forscher im Fachmagazin „Science Advances“ schrieben. Damit könnten Lithium-Schwefel-Akkus künftig Vorteile gegenüber den bisher üblichen Lithium-Ionen-Akkus bieten – möglicherweise irgendwann auch im Elektroauto. Doch so weit ist die Entwicklung noch nicht.
      Vorteile gegenüber der herkömmlichen Technik
      Weltweit wird an leistungsfähigeren Alternativen für Lithium-Ionen-Akkus geforscht, als aussichtsreich gelten Lithium-Metall-, Natrium-Ionen- oder eben Lithium-Schwefel-Akkus. Die bekanntesten Nachteile der gebräuchlichen Lithium-Ionen-Akkus sind ihre Brandgefahr sowie ihr Kapazitätsverlust.
      Beim Lithium-Schwefel-Akku bildet ein Gemisch aus Schwefel und Kohlenstoff die Kathode. Beim Entladen reagiert metallisches Lithium der Anode mit dem Schwefel zu Lithiumsulfid und setzt dabei Strom frei. Damit ist eine der höchsten bislang bekannten Energiedichten möglich. Bei geringerem Gewicht (noch aber etwas größeren Einheiten) könnte man dadurch die Reichweite von Elektroautos erhöhen.


      Günstig, aber noch nicht e-auto-geeignet








      Lithium-Schwefel-Akkus sind zudem leichter und billiger als Lithium-Ionen-Akkus und lassen sich kostengünstig und umweltfreundlich herstellen, wie das an der Studie beteiligte Fraunhofer-Institut für Werkstoff- und Strahltechnik IWS in Dresden erläutert. Die Technik sei sehr vielversprechend, befinde sich allerdings noch in der Entwicklung. „Erste Anwendungen werden dort gesehen, wo es um geringes Gewicht geht, beispielsweise in der Luftfahrt“, sagte der Leiter der Abteilung chemische Oberflächen- und Batterietechnik am IWS, Holger Althues.
      Günstige Rohstoffe statt Konfliktrohstoffen
      In der Lithium-Schwefel-Zelle ersetzt Schwefel die Nickel-Kobalt-Kathode der herkömmlichen Lithium-Ionen-Batterie. Das eröffnet das Potenzial für eine kostengünstige Zelle: Schwefel ist im Gegensatz zu den Konfliktrohstoffen Nickel und Kobalt ein billiges Abfallprodukt und weltweit verfügbar. Die Materialien seien der entscheidende Kostenfaktor in der industriellen Batterieproduktion. Hauptproblem der Schwefel- Kathode ist bislang ihre mechanische Alterung. Weil sie sich bei der Aufnahme und Abgabe von Lithium ausdehnt und wieder zusammenzieht, entstehen mit der Zeit Mikrorisse und -brüche in dem Material. Der Lithium-Schwefel-Akku verschleißt dadurch zu schnell.
      Schichtaufbau von der Waschmittelproduktion inspiriert
      Das australische Forscherteam hat den Schwefel in eine Schicht aus Bindemittel und Kohlenstoff eingebettet, welche die Kathode stabilisiert und so den Leistungs- und Kapazitätsverlust der Zelle verringert. Das Bindemittel aus Natrium-Carboxymethylcellulosen (Na-CMC) hält Schwefel und Kohlenstoff zusammen und soll auch Verhalten und Mikrostruktur stark verbessern. Eine neue Produktionsmethode verteilt das Bindemittel gleichmäßig im Kathodenmaterial und ermöglicht große Reaktionsoberflächen, eine hohe elektrische Leitfähigkeit und Ionendurchlässigkeit.
      Der Schichtaufbau sei von der Waschmittelproduktion inspiriert, erläutert die Monash-Universität. Sie ermögliche eine hohe Leistung und Lebensdauer, sowie auch eine einfache und extrem kostengünstige Herstellung mit wasserbasierten Verfahren. So könne der Prozess die Menge umweltgefährdender Abfälle und damit wiederum die Kosten der Produktion stark reduzieren.
      „Entwicklungshürden insbesondere beim E-Auto“
      Im Test setzten die Forscher ihre neuen Schwefel-Kathoden in größeren Pouch-Zellen ein, wie sie in Elektrofahrzeugen einiger Hersteller seit Langem üblich sind. Dabei zeigte sich ein Wirkungsgrad von 99 Prozent und eine Kapazität dieser Kathoden von mehr als 1200 Milliamperestunden pro Gramm – rund dem Dreifachen gängiger Lithium-Ionen-Akkus. Zudem blieb auch nach mehr als 200 Ladezyklen die Leistung nahezu konstant. Die Wissenschaftler werten die Summe aller positiven Eigenschaften als vielversprechende Faktoren für eine künftige industrielle Produktion, sprechen aber gleichzeitig von „Hürden bei der Entwicklung der Komponenten und Zellen bis zur Marktreife, insbesondere für die Anwendung in Elektrofahrzeugen“.

      Quelle: heise.de vom 15.01.2020 ; Autor: Florian Pillau => heise.de/autos/artikel/Konkurr…m-Ionen-Akku-4630209.html
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    • Buchi wrote:

      Eine verdreifachung der Akkuleistung ist schon mal ne Hausnummer.
      Die Bruchfreudigkeit dürfte den mobilen Einsatz stark einschränken. Aber spontan könnte ich mir so einen Akku in einer PV-Anlage vorstellen, damit tagsüber der produzierte Strom für die Nachtstunden zur Verfügung steht. Aktuell sind die Akkus schweinisch teuer, weil man hohe Kapazitäten bereithalten muss.
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