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08.09.2016 "Fraunhofer-Allianz Batterien"

Die Fraunhofer-Allianz Batterien stellt sich in diesem Imagefilm mit ihren Kompetenzen vor.

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Glossar Batterien

A - Z

Ableiter

tab

In einer Elektrode stellt der Ableiter die elektrische Verbindung zum Aktivmaterial dar. Üblicherweise befinden sich in einer Zelle zwei verschiedene Metallfolien, die für die Ableitung des Stroms zuständig sind. Die wesentliche Eigenschaft des Ableiters besteht darin, Elektronen abzuleiten und dabei elektrochemisch stabil zu bleiben.

Abuse-Tests

abuse tests

Abuse-Tests sollen das fehlerfreie Funktionieren von Hochleistungsbatterien auch unter extremen Bedingungen sicherstellen. Zu den gängigen, in den Prüfvorschriften definierten Tests gehören:

- Mechanische Abuse-Tests (Kontrollierter Crush, Penetration, Falltests, Immersion, Roll-over-Simulation, Schock)

- Thermische Abuse-Tests (Thermische Stabilität, Simuliertes Kraftstofffeuer, Lagerung bei erhöhter Temperatur, Schnellladung/-entladung, schnelle zyklische Temperaturwechsel)

- Elektrische Abuse-Tests (Überladung, Kurzschluss/partieller Kurzschluss, Überentladung/Spannungsumkehr)

Additive

additive

Additive sind Stoffe, die Produkten in kleinen Mengen zugesetzt werden, um deren Eigenschaften zu verändern.

Akkumulator

accumulator

siehe Sekundärzelle

Alterung

aging

Unter Alterung wird bei Batterien ein Nachlassen der entnehmbaren Kapazität mit zunehmender Lebensdauer verstanden, das ist ein irreversibler Kapazitätsverlust. Die kalendarische Alterung kann durch Lagerung bei möglichst niedrigem Ladezustand und bei tiefen Temperaturen verringert werden.

analytische Methoden

analytical methods

Analytische Methoden werden im Batteriebereich routinemäßig eingesetzt. Insbesondere bei Sicherheitstests an Modulen und kompletten Batteriesystemen können die gasförmigen Reaktionsprodukte durch umfangreiche Analysemethoden qualitativ nachgewiesen werden.

Anode

anode

Eine Anode ist die Elektrode, an der die Oxidationsreaktion stattfindet.

aktive Masse

active material

Die aktive Masse bezeichnet Materialien in den Elektroden, die an den elektrochemischen Reaktionen teilnehmen.

Batterie

battery

Eine Batterie besteht aus mehreren galvanischen Elementen / Zellen, die zu einer funktionellen Einheit verbunden sind.

Batteriemanagementsystem

battery management system

Ein Batteriemanagementsystem (BMS) ist eine elektronische Schaltung, die die Ladung und Entladung von Akkumulatoren überwacht und regelt. Zu den Aufgaben des Batteriemanagementsystems gehören die Zellenspannung innerhalb zulässiger Grenzen zu halten, die Temperatur zu überwachen, Lade- und Entladeprozesse zu kontrollieren und die Batterie vor einer Tiefentladung zu schützen.

Beschichten

coating

Das Beschichten stellt einen Kernschritt in der Elektrodenfertigung dar. In dem Beschichtungsprozess wird eine flüssige Suspension, bestehend aus dem Aktivmaterial, einem Polymerbinder, eventuell weiteren Additiven und einem Lösungsmittel, in dünnen Schichten auf eine Metallträgerfolie aufgebracht. Um die Beschichtungsmasse auf die Trägerfolie zu applizieren, können verschiedene Auftragsverfahren verwendet werden: das Rakel-, das Schlitzdüsen oder das Rasterwalzenverfahren.

Binder

binder

Der Binder wird bei der Elektrodenherstellung eingesetzt. Er verbindet die Aktivmaterialpartikel mechanisch untereinander und das Aktivmaterial mit dem Ableiter.

Blei-Säure-Batterie

lead-acid battery

Beim Bleiakkumulator besteht die positive aktive Masse aus Bleioxid PbO2, die negative Masse aus Blei, Elektrolyt ist wässrige Schwefelsäure.

CAN-Bus

CAN bus

Ein Controller Area Network (CAN) ist ein von der Internationalen Standardisierungsorganisation (ISO) standardisierter echtzeitfähiger Feldbus für die serielle Datenübertragung. Über einen CAN-Bus kann das BMS zahlreiche Parameter zur Verfügung stellen, zum Beispiel Ladezustand (SoC), Zellspannung, Zelltemperatur, Lade-/Entladestrom, Leistungsprognose.

Carbon Nanotubes

carbon nanotubes

Kohlenstoffnanoröhrchen, auch CNT (carbon nanotubes) genannt, sind nanometergroße, zylindrische Röhren aus Kohlenstoff. Man unterscheidet zwischen ein- und mehrwandigen Kohlenstoffnanoröhrchen.

Coulomb Counting

coulomb counting

Stromintegrative Methode zur Bestimmung des State-of-Charge Werts.

C-Rate

c-rate

Die C-Rate eines Akkus beschreibt die Höhe eines Lade- bzw. Entladestroms in Bezug auf seine Nennkapazität. Bei einer Nennkapazität von 1200 mAh bedeutet beispielsweise 1C, dass der Akku 1200 mA eine Stunde lang liefert. 2C wären 2400 mA über 30 Minuten.

Cyclovoltammetrie

Cyclovoltammetry

Die Cyclovoltammetrie ist durch die Vorgabe eines dreieckförmigen Potential-Zeit-Verlaufs an der Arbeitselektrode und Registrierung des resultierenden Strom-Potential-Diagramms charakterisiert.

Depth of Discharge (DOD)

depth of discharge

Der DOD-Wert gibt das Verhältnis der entnommenen Menge von elektrischer Ladung (meist in Amperestunden, Ah) zur Gesamtkapazität an. 

Dotierung

doping

In der Batterietechnik bezeichnet die Dotierung oder das Dotieren das Einbringen von Fremdatomen in eine Schicht, zum Beispiel in eine Elektrode. Die bei diesem Vorgang eingebrachte Menge ist dabei sehr klein im Vergleich zum Trägermaterial (zwischen 0,1 und 100 ppm).

Elektrode

electrode

Die Elektrode ist ein leitfähiges Teil einer elektrochemischen Zelle. Die Elektrode besteht normalerweise aus der aktiven Masse und dem Ableiter.

Elektrofahrzeug (BEV)

Battery Electric Vehicle

BEV steht für Battery Electrode Vehicle. Ein Elektrofahrzeug ist ein Fahrzeug, das ausschließlich mit Akkustrom fährt.

Elektrokatalyse

electrocatalysis

Die Elektrokatalyse ist ein Teilgebiet der heterogenen Katalyse. Ziel ist die Entwicklung von elektrochemisch hochaktiven und stabilen Katalysatormaterialien für die Anwendung in Elektroden.

Elektrolyt

electrolyte

Elektrolyte sind chemische Verbindungen, die im festen, flüssigen oder gelösten Zustand in Ionen dissoziert sind. Der Elektrolyt leitet den elektrischen Strom.

Energiedichte

energy density

Energiedichte bezeichnet die gespeicherte Energiemenge einer Zelle. Sie wird entweder auf das Volumen oder das Gewicht der Akkus bezogen (in Wh/L bzw. Wh/kg).

Entladeschlussspannung

cuf-off voltage

Die Entladeschlussspannung ist die Spannung, bei der die Zelle oder Batterie vollständig entladen ist. Entladeschlussspannungen sind vom Akkutyp abhängig.

Entflammbarkeit

flammability

Die Entflammbarkeit bezeichnet die Fähigkeit eines Materials zu brennen oder sich zu entzünden.

Folientechnologie

film technology

Die Folientechnologie beschreibt die Überführung von Aktivpulver in dünne Elektrodenfolien.

Gasanalyse

gas analysis

Die Gasanalyse ist ein Teilgebiet der Analyse. Mit Hilfe chemischer und physikalischer Methoden wird die qualitative und quantitative Zusammensetzung von Gasen und Gasgemischen untersucht. Mit chromatographischen Analysen können beispielsweise die gasförmigen und teilweise toxischen Komponenten, die bei Ause-Tests von Batterien entstehen, bis in den ppm-Bereich quantifiziert werden.

Gehäuse

housing

Das Gehäuse bezeichnet den Batteriekasten, in dem die Plattenblöcke, die Verbinder, sowie der Elektrolyt untergebracht sind.

Graphit

graphite

Graphit ist neben Diamant und Fulleren eine Modifikation des Kohlenstoffs und ein (allerdings selten) natürlich vorkommendes Mineral. Bei Lithium-Ionen-Akkumulatoren ist Graphit das Standardmaterial für die Anode.

High-Energy-Zelle

high energy cell

Eine High-Energy-Zelle ist eine Batterie mit einem hohen Energiegehalt aus einem effizienten Energiespeicher und damit besonders geeignet für Elektrofahrzeuge.

High-Power-Zelle

high power cell

Eine High-Power-Zelle ist eine Batterie mit einer hohen Leistungsfähigkeit aus einem effizienten Leistungsspeicher und einer guten Lade-/Entladedynamik und damit besonders geeignet für Hybrid- und Brennstoffzellenfahrzeuge.

Hochtemperaturbatterie

high temperature battery

Eine Hochtemperaturbatterie bezeichnet eine Batterie, deren erforderliche Betriebstemperatur deutlich über den normalen Umgebungstemperaturen liegt. Bekanntester Vertreter dieses Typs ist die »Zebrabatterie«, eine wieder aufladbare Natrium-Nickelchlorid-Batterie. Ihre Arbeitstemperatur liegt bei ca. 300 Grad Celsius.

Hybridsystem

Hybride system

Als Hybridsystem wird auf dem Batteriesektor die Kombination eines Elements guter Energiedichte, aber nicht befriedigender Leistungsdichte (zum Beispiel eine Brennstoffzelle) mit einem System guter Leistungsdichte bezeichnet.

Impedanz

impedance

Die Impedanz (Z) ist der Scheinwiderstand eines Wechselstromkreises gegen Strom, der sich aus Reaktanz und ohmschen Widerstand zusammensetzt.

Impedanzspektroskopie

impedance spectroscopy

Die Impedanzspektroskopie ist eine nicht-invasive Methode zur Charakterisierung frequenzabhängiger elektrischer Eigenschaften eines elektrochemischen Systems. Aus den erhaltenen Spektren können Rückschlüsse auf elektrische Transportmechanismen sowie auf die Beweglichkeit von Ladungsträgern gezogen werden.

Innenwiderstand

internal resistance

Der Innenwiderstand entspricht der Summe aller inneren Widerstände in einer Batterie. Steigt der Stromfluss, erhöht sich der Spannungsabfall am Innenwiderstand und die Spannung sinkt. Im Einzelnen setzt sich der Innenwiderstand aus dem Polarisationswiderstand der elektrochemischen Umsetzung, dem Fließwiderstand der Ionen und den ohmschen Widerständen an den Elektroden zusammen.

Ionenleiter

ion conductor

Der Ionenleiter ist ein Gas, ein Festkörper oder eine Flüssigkeit, bei dem der Transport elektrischer Ladungen durch Ionen anstelle von Elektronen erfolgt. Typische Ionenleiter sind ionisierte Gase und Elektrolyte.

Joule

joule

Maßeinheit für Energie. 1 Joule entspricht circa der Energie, die nötig ist, um 100 g um einen Meter anzuheben. Statt Joule wird mitunter der Begriff Wattsekunde (Ws) verwendet.

Kalander

calender

Ein Kalander ist ein System aus mehreren beheizten und polierten Walzen, durch deren Spalten eine Schmelze oder andere Materialien hindurchgeführt werden. Der Kalander wird benutzt, um die Elektroden nach der Trocknung auf die richtige Dicke und Dichte zu walzen.

Kapazität

capacity

Die Kapazität eines Akkus ist die verfügbare Elektrizitätsmenge, gemessen im Amperestunden. Es ist der Entladestrom, der bis zum Zeitpunkt des Erreichens der Entladeschlussspannung entnommen werden kann.

Kathode

cathode

Eine Kathode ist die Elektrode, an der die Reduktionsreaktion stattfindet.

Keramik

ceramic

Der Begriff Keramik bezeichnet eine Vielzahl anorganischer und nichtmetallischer Werkstoffe. Keramische Hochleistungsmaterialien mit ihren einstellbaren Eigenschaften spielen in verschiedenen Batteriesystemen bereits eine entscheidende Rolle, zum Beispiel für die natriumbasierte Hochtemperaturbatterie.

Klemmenspannung

terminal voltage

Die Klemmspannung ist die Spannung, die zwischen den Elektroden gemessen wird.

Kurzschluss

short-circuit

Als Kurzschluss bezeichnet man einen geschlossenen Stromkreis ohne Stromnutzer. Bei Batterien unterscheidet man zwischen internem und externem Kurzschluss. Ein interner Kurzschluss kann durch das Wachstum von Dendriten durch den Separator versursacht werden. Ein externer Kurzschluss entsteht, wenn zum Beispiel die beiden Pole einer Batterie direkt miteinander verbunden werden.

Kühlsystem

cooling system

Das Kühlsystem von einem Akku sorgt dafür, dass die Akkus beim Laden nicht zu heiß werden und eine Explosionsgefahr ausgeschlossen werden kann. Die optimale Temperatur liegt zwischen 20 und 35 Grad Celsius. Batterien werden entweder mit Luft oder mit Flüssigkeit gekühlt.

Ladefaktor

charge factor

Der Ladefaktor ist das Verhältnis der für die Vollladung erforderlichen Elektrizitätsmenge zur vorher entnommenen Elektrizitätsmenge. Er beträgt je nach Akkutyp zwischen 1,2 und 1,5.

Lademethoden

charging methods

Abhängig vom elektrochemischen System und von der Bauart werden für die Wiederaufladung von Akkumulatoren unterschiedliche Methoden zur zeitlichen Kontrolle und zum Verlauf des Ladestroms und der Ladespannung eingesetzt. Es gibt mehrere spannungs-, strom- und zeitgesteuerte Ladeverfahren. Zu denen zählen das Konstantspannungsladeverfahren, das Konstantstromladeverfahren ,das Pulsladeverfahren, das IU-Ladeverfahren und das Rückstromladeverfahren.

Laderegler

charge controller

Ein Laderegler ist ein Gerät zur Überwachung und Regelung des Ladevorganges. Er schützt Akkus vor Tiefenentladung. ladeschlussspannung Die Ladeschlussspannung ist die Spannung, bei der die Zelle oder Batterie end of charging voltage vollständig geladen ist.

Ladeschlussspannung

end of charging voltage

Die Ladeschlussspannung ist die Spannung, bei der die Zelle oder Batterie vollständig geladen ist.

Ladestation

charging station

Die Bezeichnung Ladestation oder Ladesystem wird für Elektroautos benutzt, allerdings auch für Ladegeräte akkubetriebener Geräte, wie beispielsweise Smartphones, Digitalkameras, Handys und Akkuschrauber. Im Kontext der Elektromobilität geht es bei dem Begriff Ladestation um Elektrozapfsäulen für die Aufladung von Akkus für Elektroautos.

Ladungszähler

charge counter

Der Ladungszähler ist ein Gerät zur Abschätzung des Ladezustandes der Batterie.

Leerlaufspannung

open circuit voltage

Die Leerlaufspannung ist die Spannung eines Akkumulators, die besteht, wenn kein Strom fließt, d.h. wenn kein Verbraucher angeschlossen ist.

Leistungsdichte

power density

Durch Multiplikation von Strom mit zugehöriger Klemmenspannung erhält man die elektrische Leistung der Batterie. Bezieht man die abgegebene elektrische Leistung auf das Batteriegewicht, so erhält man die Leistungsdichte des Elements in W/kg. Bei Elektrofahrzeugen beispielsweise ist die Energiedichte einer Batterie bei einem festgelegten Batteriegewicht entscheidend für die Reichweite des Fahrzeugs.

Leitfähigkeit

conductivity

Die Leitfähigkeit entspricht der Fähigkeit eines Stoffes, elektrische Ladungsträger, vor allem Elektronen und Ionen, zu transportieren. Die Leitfähigkeit der Elektroden sowie des Elektrolyts spielen bei elektrochemischen Systemen eine wichtige Rolle.

Leitsalze

conducting salts

Leitsalze werden in Elektrolyte gelöst und übernehmen den Ladungstransport, ohne an der Reaktion teilzunehmen.

Lithium-Sauerstoff-Batterie

lithium-oxygen battery

Die Lithium-Sauerstoff-Batterie (Li-O2) mit einer theoretischen Energiedichte von mehr als 10.000 mAh/g ist eine vielversprechende Technologie. Die größte Herausforderung ist, eine ausreichende Zyklenlebensdauer zu erreichen. Die Lithiumoxide und Peroxide, welche sich während des Entladens bilden, sind unlöslich und neigen dazu die Poren der Kathode zu verstopfen, was zu Kapazitätsverlusten führt. Um zu einem Durchbruch zu gelangen, müssen neue Katalysatoren sowie stabile und sichere Elektrolyte erforscht werden.

Lithium-Schwefel-Batterie

lithium-sulfur battery

Die Lithium-Schwefel-Batterie (Li-S) weist von allen festen Materialkombilnationen die höchste theoretische Kapazität auf (1672 mAh/g). Trotz der geringen Zellspannung von ca. 2,1 V können mit Lithium-Schwefel-Zellen Energiedichten zwischen 200 und 500 Wh/kg erzielt werden, was deutlich über dem Niveau von Interkalationssystemen liegt (150 – 220 Wh/kg). Weitere Vorteile sind, dass Schwefel sehr preisgünstig und weltweit in großem Maße verfügbar ist. Weiterhin sind Li-S-Zellen auch bei tiefen Temperaturen einsatzfähig. Eine Kommerzialisierung ist bislang jedoch noch nicht erfolgt, da die Zyklenstabilität gering ist und die Zellen eine hohe Selbstentladung und schlechte Effizienz aufweisen. 

Lithium-Ionen-Batterie

lithium-ion battery

Die Lithium-Ionen-Batterie (Li-Ion) weist eine hohe gravimetrische Energiedichte (bis zu 200 Wh/kg) auf. Sie ist thermisch stabil, besitzt eine niedrige Selbstentladung und unterliegt nahezu keinem Memory-Effekt. Ein Lithium-Ion-Akku beruht auf dem Austausch von Lithium-Ionen zwischen den beiden Elektroden. Es gibt viele Varianten von Lithium-Ion Systemen von Lithium-Ionen-Polymer-Akkus, über Lithium-Mangan-Akkus, LithiumTitanat-Akkus bis hin zu den umweltfreundlichen Lithium-Eisen-Phosphat-Akkumulatoren. 

Lösungsmittel

solvents

Lösungsmittel sind Flüssigkeiten aus dem Bereich der anorganischen und organischen Verbindungen, die dazu benutzt werden, Gase, Flüssigkeiten oder Feststoffe aufzulösen, ohne dass es dabei zu chemischen Reaktionen zwischen gelöster Substanz und dem Lösungsmittel kommt. 

Membran

membrane

Eine Membran ist eine dünne Schicht eines Materials, welche dazu geeignet ist, den Transport von bestimmten Stoffen durch diese Schicht zu beeinflussen. In Redox-flow Batterien werden die zwei Elektrolyte durch eine Membran getrennt, durch die der Ionenaustausch stattfindet. 

Memory-Effekt

memory effect

Der Memory-Effekt ist ein Kapazitätsverlust eines Akkumulators bei häufiger Teilentladung. Statt der ursprünglichen wird beim Laden nur die bei den bisherigen Entladevorgängen benötigte Energiemenge zur Verfügung gestellt. Der Memory-Effekt ist ein Phänomen, das besonders bei Nickel-Cadmium Akkus auftritt. 

Modellierung

modelling

Modellierungen ermöglichen tiefe Einblicke in die Vorgänge im Speichersystem und helfen bei der optimalen Auslegung der Batterie. Für die elektrische und thermische Auslegung des Gesamtsystems sind eigens angepasste, effiziente Simulationsmodelle unverzichtbar. Ausgehend von der messtechnischen Analyse von Speicherzellen oder Detailmodellen werden vereinfachte Zellmodelle abgeleitet, die das elektrische und thermische Betriebsverhalten mit genügender Genauigkeit beschreiben. 

Modul

module

Ein Modul besteht aus mehreren Zellen, die zusammengeschaltet sind.

Nennkapazität

nominal capacity

Die Nennkapazität eines Akkus ist die verfügbare Elektrizitätsmenge, gemessen in Amperestunden. Es ist der Entladestrom, der bis zum Zeitpunkt des Erreichens der Entladeschlussspannung entnommen werden kann.

Nernst-Gleichung (für Redoxelektroden)

Nernst equation

Die Nernst-Gleichung beschreibt die Konzentrationsabhängigkeit des Gleichgewichtspotential E der Redoxelektrode. 

 

T ... absolute Temperatur 

E ... Gleichgewichtspotential 

F ... Faraday-Konstante 

E0 ... Standardpotential 

R ... universelle Gaskonstante 

n ... Anzahl der übertragenen Elektronen 

a ... Aktivität des betreffenden Redox-Partners 

Nickel-Metall-hybrid-Batterien

nickel-metal hybride batteries

Nickel-Metallhydrid-Batterien sind die Weiterentwicklung des NickelCadmium-Typs. Die Anode ist eine wasserstoffspeichernde Elektrode. Die Kathode besteht aus einem Nickeloxydhydrat-Blech. Beim Ladevorgang des Akkumulators wird an der negativen Elektrode atomarer Wasserstoff erzeugt und sofort in das Kristallgitter der Elektrode aufgenommen (Bildung des Metallhydrids). Diese Reaktion wird bei der Entladung der Zelle umgekehrt, so dass der gespeicherte Wasserstoff an der Elektrodenoberfläche oxidiert wird. Mit einer Energiedichte von ca. 80 Wh/kg werden sie in elektronischen Kleingeräten wie Taschenlampen, Handys oder Digitalkameras eingesetzt. 

Oxidation

oxidation

Die Oxidation ist ein chemischer Prozess, der an der negativ geladenen Elektrode stattfindet. Hier werden Elektronen abgegeben.

Potential, elektrochemisches

electrochemical potential

Das elektrochemische Potential für eine elektrisch geladene Teilchenart, 

zum Beispiel ein Ion i, in einer festen oder flüssigen Phase ist definiert durch 

die folgende Gleichung. 

 

 

µi ... chemisches Potential

zi ... Ladung des Ions

F  ... Faraday-Konstante, F=96485 C/mol

φ ... elektrisches Potential im Inneren der Phase

Pouch-Zelle

pouch cell

Eine Pouch-Zelle besitzt eine Zelle mit folienbasierter Verpackung. Pouch-Zellen gewinnen aufgrund des geringen Eigengewichts immer mehr an Bedeutung bei Herstellern für Consumer- und Automotive-Zellen. Eine große Herausforderung dieser Pouch-Zellen ist es, über die gesamte Lebensdauer eine hohe Barrierewirkung gegen Wasserdampf und Sauerstoff aufrecht zu halten. Ihre Stärken sind geringere Fertigungskosten, eine verbesserte Sicherheit und eine Steigerung der gravimetrischen Energiedichte.

Primärzelle

primary cell

Wenn eine oder beide Elektrodenreaktionen einer Zelle sich nicht umkehren lassen, wird das Element als Primärzelle bezeichnet.

Recycling

recycling

Batterierecycling bezeichnet die stoffliche Wiederverwertung von Batterien und Akkumulatoren zur Gewinnung der darin enthaltenen Elemente, wie Blei, Cadmium oder Zink. Für gebrauchte Batterien besteht per Gesetz eine Rückgabepflicht für Verbraucher und eine Rücknahmepflicht für Handel, Entsorgungsträger, Hersteller und Importeure.

Redox-Flow-Batterie

redox flow batttery

Eine Redox-Flow-Batterie besteht aus zwei flüssigen Elektrolyten, die durch eine Membran getrennt sind, und in externen Tanks gelagert werden – wodurch eine Entkopplung von Leistung (Membran) und Kapazität (Tankinhalt) erleichtert wird. Die eigentliche Energiespeicherung erfolgt in chemischen Verbindungen (mittels Reduktion und Oxidation), analog zu klassischen Akkumulatoren. Ihr Vorteil liegt unter anderem in der Möglichkeit einer schnellen Aufladung durch Flüssigkeitsaustausch. Sie haben bereits heute eine vergleichbare Energiedichte wie Bleiakkus, ihre Lebensdauer ist jedoch fast zehnmal so hoch. 

Restkapazität

residual capacity

Die Restkapazität ist die nach Entladung verbleibende Kapazität.

Sekundärzelle

secondary cell

Wenn die Zelle wieder aufgeladen werden kann und nach dem Ladeprozess erneut zur Stromlieferung bereit steht, wird das Element als Sekundärzelle bezeichnet.

Selbstentladung

self discharge

Selbstentladung ist ein chemischer Prozess, der dazu führt, dass sich Batterien und Akkumulatoren, auch wenn kein Verbrauchsstrom fließt, langsam entladen. Der Prozess der Selbstentladung ist temperaturabhängig und steigt mit höheren Temperaturen an. Deswegen sollten Batterien möglichst kühl gelagert werden. Außerdem ist die Selbstentladung abhängig vom elektrochemischen System.

Separator

separator

In einem Akkumulator trennt der Separator die Kathode und die Anode elektrisch voneinander. Er bildet einen elektrischen Isolator, den allerdings Ionen für die elektrochemische Reaktion passieren können. Ein solcher Separator ist äußerst dünn und feinporig, er ist flexibel und besteht aus einer Membran oder aus Vliesstoffen, in denen sich der Elektrolyt befindet. Je dünner der Separator, desto höhere Packungs- und Energiedichten können erzielt werden.

Sicherheit

safety

Das Testen von Batterien hinsichtlich ihrer Sicherheit ist ein wesentlicher Bestandteil für die Entwicklung und weitverbreitete Anerkennung elektrischer Mobilität. Die funktionale Sicherheit und die Zuverlässigkeit der Batterie müssen beurteilt werden. Darüber hinaus werden Abuse-Tests durchgeführt, um das Verhalten von Batterien im Fehlerfall unter extremen Bedingungen bzw. bei missbräuchlichem Einsatz zu simulieren.

Silizium-Anoden

silicon anodes

Silizium wird in der internationalen Batterieforschung gegenwärtig als eines der vielversprechendsten Anodenmaterialien für Li-Ionen-Akkumulatoren angesehen. Um die Volumenänderung bei der Abscheidung/Auflösung von Lithium zu kontrollieren, müssen die Halbleiter nanostrukturiert sein. Silizium-Nanodraht-Anoden besitzen eine mehr als 10-fach höhere Kapazität als herkömmliche Graphit-Elektroden.

Simulation

simulation

Computersimulationen können nicht nur helfen die Performance möglicher neuer Batteriezellen zu beurteilen, sondern auch die mikroskopischen Ursachen dafür besser zu verstehen. Letzteres führt zu einem effizienteren Vorgehen in der Batterieentwicklung. 

Spinelle

spinels

Spinelle sind chemische Verbindungen des allgemeinen Typs AB2X4, wobei A,B Metallkationen sind, deren Oxidationszahl die Summe 8 ergibt, und X vorwiegend ein zweiwertiges Sauerstoff- bzw. Schwefel-Anion ist. Die positive Elektrode LiMn2O4 eines Lithium-Ionen-Akkus ist ein Beispiel dafür.

State of Charge (SOC)

Der SoC-Wert kennzeichnet die noch verfügbare Kapazität eines Akkus im Verhältnis zum Nominalwert.

Stafe of Function (SOF)

State of Function bezeichnet die Fähigkeit der Batterie, eine bestimmte Anforderung zu erfüllen. Ein Beispiel hierfür ist die Startfähigkeit, das heißt das Vermögen der Batterie, die für einen Start des Verbrennungsmotors in einem Kraftfahrzeug notwendige Leistung zur Verfügung zu stellen.

State of Health (SOH)

Der SoH-Wert kennzeichnet den Zustand des Akkus und charakterisiert dessen Fähigkeit die angegebenen Spezifikationen zu erfüllen und zwar im Vergleich zu einem neuen Akku. 

Stromkollektor

current collector

Der Stromkollektor ist ein Gebilde innerhalb der Elektrode, das Stromfluss zwischen Zellenpolen und den aktiven Massen ermöglicht.

Superkondensatoren

super capacitors

Superkondensatoren bezeichnen Hochleistungskondensatoren, die beim Bremsen in Fahrzeugen frei werdende Energie speichern können und bei Bedarf abgeben (Rekuperation).

Systemintegration

system integration

Systemintegration beschreibt den Prozess, aus einzelnen technischen Komponenten ein funktionsfähiges Gesamtsystem aufzubauen.

Thermal Runaway

Mit dem Begriff »Thermal Runaway« wird das in extremen Situationen auftretende Überhitzen und Zerstören von Primär- und Sekundärzellen bezeichnet. Ein Thermal Runaway tritt durch übermäßige und sich selbst verstärkende Wärmeproduktion in den Zellen, und/oder mangelhafte Wärmeabfuhr an die Umgebung auf und kann zu Feuer und Explosionen führen. 

Thermomanagement

thermal management

Bei dem Thermomanagement in elektrischen Antrieben werden Ansätze und Lösungen entwickelt, mit denen die Energieströme in elektrifizierten Fahrzeugen optimal genutzt werden können.

Verbindungstechnik

connection technology

Verbindungstechnik bezeichnet alle technologischen Teilprozesse, die zur Herstellung von Batterie-Systemen dienen. Verbindungstechniken helfen, die Grenzen immer weiter zu verschieben hin zu längerer Lebensdauer, höheren Betriebstemperaturen und kleineren, leichteren Modulen.

Virtuelle Batterie

virtual battery

Eine virtuelle Batterie besteht aus der Kombination eines bidirektionalen Netzteils und eines Steuerrechners. Der Rechner wird dabei so angesteuert, dass das Klemmenverhalten des Netzteils dem einer realen Batterie entspricht. Verschiedene Prototypen virtueller Batterien werden in einigen Unternehmen der Automobilindustrie genutzt. 

Wickelzelle

cylindrical cell

Bei einer Wickelzelle werden die beiden bandförmigen Elektroden mit zwei Separatoren als Zwischenlage zu einem Wickel aufgedreht.

Widerstand

resistance

Der elektrische Widerstand ist ein Maß dafür, welche elektrische Spannung erforderlich ist, um eine bestimmte elektrische Stromstärke durch einen elektrischen Leiter (Widerstand) fließen zu lassen.

Wirkungsgrad

efficiency

Verhältnis von der entnommenen Kapazität zur eingeladenen Kapazität. Bei einem Bleiakku liegt er bei ca. 0,85.

Zelle

cell

Jeder elektrochemische Energiespeicher besteht mindestens aus einer Zelle, d. h. ein Behältnis das zwei Elektroden enthält, die in innigem Kontakt zu einem Elektrolyten stehen und an denen die elektrochemischen Reaktionen ablaufen. Die Elektroden werden elektrisch durch einen Separator getrennt. Zellen werden in geschlossener, gasdichter und in offener Bauweise hergestellt. Aus dem Gehäuse werden zwei gegeneinander elektrisch isolierte Elektrodenanschlüsse geführt, der positive und der negative Pol. Bei der Verbindung der beiden Pole mit einem elektronischen Leiter (Verbraucher, Glühbirne) fließt durch diesen ein elektrischer Strom.

Zyklenstabilität

cycle stability

Zyklenstabilität bezeichnet die Anzahl von Zyklen, die eine Batterie durchlaufen kann, bevor ihre Kapazität unter einen bestimmten Prozentanteil der Anfangskapazität absinkt.

Zyklus

cycle

Ein Zyklus ist eine Ladung, gefolgt von einer Entladung.