Das Ziel der Arbeit ist die Analyse und Bewertung bestehender und zukünftig in Betracht kommender Lithium-Ionen-Batteriesysteme, die im Zusammenhang mit der Elektromobilität stehen. Hierbei wird der Fokus gezielt auf die Technologie des Lithium-Ionen-Festkörper-Akkumulators gelegt, dieser wird im weiteren Verlauf der vorliegenden Arbeit hinsichtlich der Kriterien der Ökologie und Ökonomie auf Basis bereits vorhandener Forschungsergebnisse und Studien analysiert. Um die Erkenntnisse richtig einzuordnen und zu bewerten, ist es vorab notwendig, die konventionellen Lithium-Systeme in der Elektromobilität zu betrachten.
Anfänglich eröffnet sich in diesem Zusammenhang die Fragestellung: Welche Lithium-Ionen-Systeme sind in der Elektromobilität bereits verfügbar und kommen als Traktionsbatterie zum Einsatz? Eine erste Antwort diesbezüglich soll die Vorstellung der verschiedenen Systeme liefern. Des Weiteren werden charakterisierende Merkmale der einzelnen Technologien aufgezeigt. Im weiteren Verlauf liegt der Fokus im Besonderen auf der Konkretisierung der Anforderungsaspekte an das Batteriesystem im Elektrofahrzeug, um eine aufschlussreiche Bewertung zu ermöglichen.
In Anbetracht dessen kommt es zu folgender weiterer Frage: Was sind die ausschlaggebenden Merkmale eines Akkumulators in Bezug auf die Verwendung im Elektrofahrzeug und welche Zielwerte gilt es zu erreichen? Die Bestimmung der Zielwerte stützt sich dabei zum einen auf bestehende Annahmen unterschiedlicher Institutionen und gesetzliche Anforderungen und zum anderen auf aktuelle Kundenbedürfnisse. Im weiteren Verlauf werden anhand dieser Zielwerte die vorgestellten Technologien einzeln bewertet. Dabei werden vor allem die technischen, die ökonomischen und die ökologischen Potenziale des Festkörper-Akkumulators analysiert und herausgestellt, um die folgende Hypothese des Autors zu bekräftigen:
„Der Lithium-Ionen-Festkörper-Akkumulator kann die konventionellen Lithium-Ionen-Systeme in den nächsten 5 bis 10 Jahren ersetzen“.
Zu erwähnen ist, dass sich ökologische und ökonomische Aspekte nicht klar von technischen und sozialen Kriterien abgrenzen lassen, da diese Kriterien einen signifikanten Einfluss aufeinander haben. Daher ist es notwendig, die jeweiligen Technologien hinsichtlich all dieser genannten Aspekte und Kriterien zu analysieren und zu bewerten.
Inhaltsverzeichnis
- Einleitung
- Motivation
- Aufgabenstellung und Umfang der Arbeit
- Struktur der Thesis
- Grundlagen
- Primär- und Sekundärzellen
- Prinzipieller Aufbau einer elektrochemischen Zelle
- Elektroden
- Separator
- Elektrolyt
- Bauformen von elektrochemischen Zellen
- Funktionsweise der elektrochemischen Energiespeicherung
- Kenngrößen elektrochemischer Energiespeicher
- Spezifische Energiedichte (gravimetrisch) [Wh/kg]
- Spezifische Energiedichte (volumetrisch) [Wh/L]
- Spannungslage [V]
- C-Rate
- Lebensdauer
- Vorstellung elektrochemischer Energiespeicher
- Lithium-Batteriesysteme
- Lithium-Kobalt-Oxid (LCO)
- Lithium-Nickel-Mangan-Cobalt-Oxid (NMC) Kathode
- Lithium-Nickel-Cobalt-Aluminium (NCA) Kathode
- Lithium-Mangan-Oxid(-Spinell) (LMO) Kathode
- Lithium-Eisen-Phosphat (LFP) Kathode
- Lithium-Metall Anode
- Amorphe Kohlenstoff-Anode
- Graphit Anode
- Feststoffakkumulator
- Aufbau Festkörperzelle
- Feststoffelektrolyt
- Kathode
- Anode
- Funktionsweise und Kenngrößen
- Anforderungsaspekte an Akkumulatoren im Elektrofahrzeug
- Einführung
- Ökologische Aspekte
- Ökonomische Aspekte
- Technische Aspekte
- Reichweitenanforderung - Energiedichte
- C-Rate
- Lebensdaueranforderung
- Sicherheitsanforderung
- Bewertung der vorgestellten Technologien
- Methodik
- Analyse und Bewertung konventioneller Zellsysteme
- Lithium-Kobalt-Oxid (LCO)
- Lithium-Nickel-Mangan-Cobalt-Oxid (NMC)
- Lithium-Nickel-Cobalt-Aluminium (NCA)
- Lithiummanganspinell (LMO)
- Lithium-Eisen-Phosphat (LFP) Kathode
- Analyse und Bewertung Feststoffakkumulator
- Schlussfolgerung
- Zusammenfassung und Fazit
Zielsetzung und Themenschwerpunkte
Diese Bachelorarbeit befasst sich mit der Analyse der Durchsetzbarkeit der Feststoffbatterie in der Elektromobilität. Die Arbeit untersucht die ökologischen und ökonomischen Potentiale des Feststoffakkumulators im Kontext der Elektromobilität und analysiert die Herausforderungen und Chancen, die mit dieser Technologie verbunden sind.
- Bewertung der ökologischen und ökonomischen Aspekte der Feststoffbatterie in der Elektromobilität.
- Analyse der technischen Anforderungen an Akkumulatoren im Elektrofahrzeug.
- Vergleich der Leistungsparameter von Feststoffakkumulatoren mit konventionellen Lithium-Ionen-Batterien.
- Bewertung der Herausforderungen und Chancen der Feststoffbatterie-Technologie.
- Diskussion der Zukunftsaussichten der Feststoffbatterie in der Elektromobilität.
Zusammenfassung der Kapitel
Die Einleitung der Arbeit führt in die Thematik der Feststoffbatterie in der Elektromobilität ein. Sie erläutert die Motivation für die Arbeit und die Aufgabenstellung. Anschließend werden die Grundlagen der elektrochemischen Energiespeicherung, einschließlich verschiedener Batterietechnologien und deren Kenngrößen, beleuchtet.
Das dritte Kapitel präsentiert verschiedene elektrochemische Energiespeicher, mit besonderem Fokus auf Lithium-Batteriesysteme und den Feststoffakkumulator. Die Funktionsweise und die relevanten Eigenschaften der Technologien werden detailliert beschrieben.
Das vierte Kapitel widmet sich den Anforderungsaspekten an Akkumulatoren im Elektrofahrzeug. Die ökologischen, ökonomischen und technischen Aspekte der Akkumulatortechnologie werden dabei ausführlich betrachtet.
Das fünfte Kapitel analysiert und bewertet die vorgestellten Technologien, einschließlich der konventionellen Lithium-Ionen-Batterien und des Feststoffakkumulators. Die verschiedenen Technologien werden anhand ihrer Leistungsparameter und ihrer Eignung für die Elektromobilität verglichen.
Schlüsselwörter
Die Arbeit befasst sich mit den Schlüsselbegriffen Feststoffbatterie, Elektromobilität, Lithium-Ionen-Batterien, ökologische Aspekte, ökonomische Aspekte, Reichweite, Energiedichte, Lebensdauer, Sicherheit, Technologievergleich.
- Citation du texte
- Christian Maenz (Auteur), 2022, Zur Durchsetzbarkeit der Feststoffbatterie in der Elektromobilität. Ökologische und ökonomische Potenziale des Feststoffakkumulators für die Elektromobilität, Munich, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/1278916
