Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung IPA
Charakterisierung von Batteriezellen und Superkondensatoren
Leistungsfähigkeit von Materialien und Elektroden: Innovative Charakterisierungsmethoden
Die Leistungsfähigkeit von Materialien und Elektroden für Batterien und Superkondensatoren (Supercaps) spielt eine entscheidende Rolle bei der Erfüllung der Qualitätsvorgaben von Herstellern und Produzenten im Bereich Energiespeicher.
Als unabhängiger Partner bietet das Fraunhofer IPA vielfältige Möglichkeiten im Bereich des Zell- und Modulbaus sowie der Charakterisierung von Batteriezellen und Supercaps an. Auf Wunsch stellt das Institut Elektronikproduzenten und Herstellern Prüfberichte als Nachweis der Qualität des Energiespeichers aus.
Nach der Prüfung und Charakterisierung gehört die Ursachenforschung sowie die Evaluierung des Optimierungspotenzials hinsichtlich der Aspekte Innenwiderstand, Beladung, Verschmutzung oder zusätzlicher Beschichtungen sowie die Durchführung von Leistungsvergleichen und Energiespeicheranalysen zum Leistungsportfolio.
Um Materialien und Elektroden präzise zu charakterisieren, werden am Fraunhofer IPA verschiedenste Methoden angewendet. Neben der Bestückung von kleinformatigen Testzellen für Materialcharakterisierungen, können auch Pouchzellen zur Validierung größerer Elektroden hergestellt werden. So lassen sich bereits in einem frühen Stadium der Entwicklung aussagekräftige Erkenntnisse zur Qualität und Leistungsfähigkeit der Materialien gewinnen.
Zyklus- und Lagertests mit Batteriezellen
Ein weiterer wichtiger Aspekt ist die Charakterisierung von Batteriezellen mittels Zyklus- und Lagertests. Die Zellen werden unter realen Bedingungen untersucht. Die daraus gewonnen Daten zur Langzeitstabilität können anschließend in Forschungsprojekten oder für die industrielle Anwendungen genutzt werden.
Das Fraunhofer IPA bietet darüber hinaus auch die Möglichkeit, kundenspezifische Formierzyklen zu entwickeln und zu testen. Dadurch können individuelle Anforderungen optimal berücksichtigt und maßgeschneiderte Lösungen für spezielle Anwendungen entwickelt werden.
Elektrochemische Charakterisierung von Batterien und Supercaps
Zur elektrochemischen Charakterisierung von Batteriezellen und Superkondensatorzellen setzt das Team der Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler auf bewährte Testmethoden der Voltammetrie wie die zyklische Voltammetrie (CV), die Chronopotentiometrie (CP) sowie elektrische Impedanzmessungen (EIS). Diese Methoden ermöglichen es, elektrochemische Eigenschaften der Elektroden und Prototypenzellen detailliert zu untersuchen und wertvolle Erkenntnisse für die Optimierung des Batteriedesigns zu gewinnen.
Potentiostat mit angeschlossenen Prüfzellen
Prüfzellen in Klimakammer
Wechselklimaschrank
Ausstattung zur Charakterisierung
• Zelltester (50 Kanäle, Strombereich: 1mA – 10 A, Genauigkeit: +/- 400nA – +/- 4mA)
• Klimaschränke (Temperaturbereich: -30°C - 100° C)
• Lichtmikroskopie, Lasermikroskopie, Rasterelektrodenmikroskopie (REM)
• Infrarotspektroskopie (IR)
• Röntgendiffraktometrie (XRD)
• Energiedispersive Röntgenspektroskopie (EDX)
Die enge und interdisziplinäre Zusammenarbeit innerhalb der Forschenden des Fraunhofer IPA ermöglicht neben der präzisen Charakterisierung von Batteriezellen und Superkondensatoren auch die Weiterentwicklung innovativer Lösungen für zukunftsweisende Technologien für Batteriezellen und Superkondensatoren.