AP1.1: Zusammenschau von bisherigen und laufenden Forschungsaktivitäten im In- und Ausland
Ziele:
- Darstellen des gegenwärtigen Stands von Wissenschaft und Technik zum Projektstart
- Zur Verfügung stellen bereits gewonnener Erkenntnisse in Bezug auf das Gefährdungspotential von Lithium-Ionen-Akkumulatoren
Ergebnisse:
- Feststellen des aktuellen Forschungsstandes bezüglich potentieller Gefährdungen
- Übersicht notwendiger technischer Lösungen
- Bestimmung der Ausgangslage in Bezug auf Löschmittel
Einblicke in die Ergebnisse:
Aufbau von Lithium-Ionen-Batterien
Sekundäre Lithium-Ionen-Batterien (LIB) gehören zur Kategorie der elektrochemischen Energiespeichersysteme. LIB bestehen aus einzelnen Zellen, die in der Regel in Modulen zusammengefasst werden, welche zusammen mit weiteren Modulen in einem Batteriegehäuse zu einem Pack montiert werden. Schematisch dargestellt:
Eine LIB-Zelle beinhaltet zwei Elektroden (Kathode und Anode), wobei als Anodenmaterial am häufigsten Graphit zum Einsatz kommt. Relevante Kathodenmaterialien (sogenannte Zellchemien) sind:
- NCA (Lithium-Nickel-Cobalt-Aluminium-Oxid)
- NMC (Lithium-Nickel-Mangan-Cobalt-Oxid)
- LMO (Lithium-Mangan-Oxid)
- LCO (Lithium-Cobalt-Oxid)
- LFP (Lithium-Eisen-Phosphat)
Die beiden Elektroden werden durch einen Polymer-Separator getrennt. Die Zelle ist mit einem flüssigen Elektrolyten (meistens Lithium-Hexafluorophosphat in einem Lösungsmittelgemisch aus organischen Carbonaten) gefüllt.
Es gibt LIB-Zellen unterschiedlicher Geometrie – prismatische, Pouch und zylindrische Zellen. Sowohl die Zellchemie als auch die Zellgeometrie haben einen Einfluss auf das Brandverhalten der Zelle.
Brandverhalten von Lithium-Ionen-Batterien
Der Brand einer Batterie entsteht durch das Phänomen des thermischen Durchgehens (engl. Thermal Runaway). Dabei führen selbstbeschleunigende exotherme Kettenreaktionen und interner Kurzschluss in der Zelle zu einem unkontrollierten Temperaturanstieg, gefolgt von einem Platzen der Zelle und dem Ausströmen brennbarer Gase.
Ohne äußere Einwirkung breitet sich das thermische Durchgehen schnell auf weitere Zellen aus.
Es finden sich in der Literatur detaillierte Reviews zum Verlauf des thermischen Durchgehens, z. B. von Feng et al.
AP1.2: Aufbereitung und Transfer von Ergebnissen und Daten aus dem Forschungsprojekt SUVEREN
Ziele:
- Zurverfügungstellung des Datenmaterials für die weitere Ausarbeitung
- Bestimmung von Forschungsschnittstellen für das weitere Vorgehen
- Sichtung der relevanten Veröffentlichungen und Zugang zu Versuchsergebnissen aus dem BMBF-Projekt SUVEREN
Ergebnisse:
- Bericht und Übersicht zu wesentlichen Ergebnissen aus SUVEREN
- Aufbereitung der Ergebnisse zur Verwendung in AP 2, 3 und 4
Siehe AP1.2 Bericht: Ergebnisse Forschungsprojekt SUVEREN. In diesem AP-Bericht wurden die für SUVEREN2use wichtigen Ergebnisse des Vorgängerprojekts SUVEREN zusammengefasst.
AP1.3: Zusammenstellung relevanter Richtlinien und Normen und Darstellung des Ist-Zustandes
Ziele:
- Aufzeigen vorherrschender Problemstellungen
- Übersicht relevanter Richtlinien und Normen
- Übersicht der gültigen Gesetzeslage
- Identifikation von relevanten Normungslücken
Ergebnisse:
- Bericht und Übersicht über die Normungslage mit Aufzeigen von Regelungsbedarf
- Verwendung der Erkenntnisse in AP 2 und AP 3
Siehe AP 1.3 Bericht: Richtlinien und Normen. In diesem AP-Bericht wurden die relevanten Richtlinien, Normen, Gesetze und Leitfaden zu der Sicherheit und dem Brandschutz entlang der Wertschöpfungskette von LIB zusammengestellt. Anhand der Darstellung des Ist-Zustandes wurden relevante Regelungs- und Normungslücken identifiziert.
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