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Licensed Unlicensed Requires Authentication Published by De Gruyter September 28, 2014

Röntgentomografische Untersuchung eines kommerziellen Lithium-Ionen-Kondensators*

X-ray tomographic investigation of a commercial Lithium-ion capacitor
  • Frank Wieder , Christoph Kallfaß , Christian Tötzke , Hermann Schier , Klaus Graf , André Hilger , John Banhart , Ingo Manke and Constantin Hoch
From the journal Materials Testing

Kurzfassung

Gegenstand dieser Studie ist ein kommerzieller Lithium-Ionen-Kondensator (LIC), welcher einer intensiven Alterung in Form von sukzessive durchgeführten Lade- und Entladeprozessen unterzogen wurde. Die dabei auftretenden dreidimensionalen Veränderungen der inneren Struktur wurden mittels Röntgen-Tomografie analysiert. Mit ansteigender Zyklenzahl finden wir eine Ansammlung von Elektrolytflüssigkeit im Bodenbereich des Kondensators vor. Unter Berücksichtigung der beim Zyklieren aufgezeichneten elektrischen Daten ergibt sich ein klarer Zusammenhang zwischen der Elektrolytverteilung im Bodenbereich und der Leistung des LIC.

Abstract

The correlation between the electrolyte distribution and the capacity of a commercial lithium-ion capacitor (LIC) during charge and discharge is investigated by non-destructive X-ray tomography. The 3D data reveal the accumulation of electrolyte at the bottom of the capacitor. While the accumulation of electrolyte at the bottom grows with increasing number of cycles, a marked decrease in capacity is observed. We attribute this effect to the loss of electrolyte within the active area of the LIC.


*Korrespondenzadresse Dr. Ingo Manke HZB, Inst. f. Angewandte Materialforschung Hahn-Meitner-Platz 1, 14109 Berlin E-Mail:

Dipl.-Ing. Frank Wieder studierte von 2005 bis 2009 Werkstoffwissenschaften an der TU-Berlin bis zum Diplom. Im Rahmen seiner Diplomarbeit arbeitete er am Helmholtz-Zentrum Berlin. Dort analysierte er, basierend auf tomografischen Daten, Poren- bzw. Partikelgrößenverteilungen von archäologischen Scherben. Anschließend arbeitete er dort als wissenschaftlicher Mitarbeiter

Dr. rer. nat. Christian Tötzke studierte Energie- und Verfahrenstechnik an der Technischen Universität Berlin. Er promovierte 2009 am Helmholtz-Zentrum Berlin (HZB) für Materialien und Energie zum Thema Wasserferntransport in Bäumen. Seit 2010 ist er in der Fachgruppe „Bildgebende Verfahren“ des HZB auf dem Gebiet der Brennstoffzellenforschung tätig.

Dr. rer. nat. C. Hoch studierte Chemie an der Universität Freiburg. Nach der Promotion 2003 wechselte er zunächst als PostDoc, dann als wissenschaftlicher Angestellter an das Max-Planck-Institut für Festkörperforschung Stuttgart. Nach einem einjährigen Aufenthalt an der Universität Stuttgart ist er seit 2002 Habilitand in Festkörperchemie an der LMU München, wo er an polaren intermetallischen Phasen, subvalenten Alaklimetallverbindungen und neuen Kathodenmaterialien für Lithiumionenbatterien arbeitet.

Dr.-Ing. André Hilger studierte physikalische Technik und war nach dem Diplom von 2001 bis 2006 technischer Angestellter am HZB sowie an der Technischen Fachhochschule Berlin. Nach seinem Masterabschluss 2006 war er für die Entwicklung der Neutronentomografie verantwortlich und promovierte dort auf dem Gebiet der „Tomografie mit spinpolarisierten Neutronen“. Seit 2009 arbeitet er an der Weiterentwicklung tomografischer Verfahren mit Neutronen- und Synchrotronstrahlung am HZB.

Prof. Dr. rer. nat. John Banhart ist seit 2002 Leiter des Instituts für Angewandte Materialforschung und Professor am Institut für Werkstoffwissenschaften und -technologien an der TU Berlin. 1991 bis 2001 arbeitete er am Fraunhofer Institut für Fertigungstechnik und Materialforschung Bremen. Er habilitierte 1998 in Festkörperphysik an der Universität Bremen. Von 2005 bis 2009 war er Leiter des Bereichs Strukturforschung am HZB.

Dr. rer. nat. Ingo Manke ist seit 2007 Leiter der Fachgruppe „Bildgebende Verfahren“ am Helmholtz-Zentrum Berlin für Materialien und Energie (HZB). Er promovierte in Experimentalphysik auf dem Gebiet der Bildgebung mit Rastersondenverfahren. Seine aktuellen Forschungsfelder sind Entwicklung von bildgebenden Verfahren basierend auf Röntgenstrahlen, Neutronen und Elektronen sowie deren Anwendungen in der grundlagenorientierten und angewandten Materialforschung.

*

Überarbeitete Fassung von: F. Wieder et al., ECS Transactions 53 (2013) 30, p. 211–218


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Online erschienen: 2014-09-28
Erschienen im Druck: 2014-09-01

© 2014, Carl Hanser Verlag, München

Downloaded on 28.3.2024 from https://www.degruyter.com/document/doi/10.3139/120.110611/pdf
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