Modellierung und experimentelle Validierung der Alterung von Blei-Säure Batterien durch inhomogene Stromverteilung und Säureschichtung

Bleibatterien sind nach wie vor in vielen Anwendungen weit verbreitet und bieten gegenüber anderen elektrochemischen Energiespeichern auch signifikante Vorteile. Ein wesentlicher Nachteil dieser Technologie besteht neben der relativ geringen Energiedichte in einer kurzen zyklischen Lebensdauer. Das Alterungsverhalten der Bleibatterie ist jedoch sehr komplex und wird stark von Imhomogenitäten beeinflusst. Eine Reduzierung dieser Inhomogenitäten kann in vielen Anwendungen eine deutliche Steigerung der Lebensdauer bewirken. Um zunächst ein besseres Verständnis für die inhomogene Säuredichte- und Stromverteilung in der Zelle sowie deren Interaktion zu erlangen, wurden in dieser Arbeit in-situ Messmethodiken entwickelt. Diese erlauben einerseits eine ortsaufgelöste Säuredichtemessung und andererseits die Messung der Potentialverteilung an der negativen Elektrode. Basierend auf den Ergebnissen der Potentialmessungen können Rückschlüsse zur Stromverteilung und die Aktivität einzelner Bereiche gezogen werden. Ergebnisse dieser Messungen erlauben eine genaue Beschreibung des Einflusses diverser Effekte auf den Auf- und Abbau von Säureschichtung und auf die beschleunigte Alterung aufgrund inhomogener Aktivmassenutzung. Basierend auf den Erkenntnissen aus den in-situ Messungen wurde ein Simulationsmodell entwickelt, das insbesondere die Inhomogenitäten und deren Auswirkungen abbildet. Die vorgestellten Ergebnisse zeigen die Potentialverteilungen auf den Elektroden sowie den Einfluss der Kontaktierung der Elektroden auf diese Verteilung. Ferner werden die Säuredichten in verschiedenen Höhen während der Zyklisierung berechnet.