BATTERY TECHNOLOGIES

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1 BATTERY TECHNOLOGIES

2 BATTERY TECHNOLOGIES Elektrochemische Energiespeicher spielen für das AIT Austrian Institute of Technology eine zentrale Rolle. Durch unsere Forschung wollen wir sie zukünftig sicherer, effizienter, leistungsfähiger und kostengünstiger machen. Die WissenschaftlerInnen am AIT verfolgen einen ganzheitlichen Forschungs- und Entwicklungsansatz, um die wesentlichen Leistungsindikatoren der Batterie und deren Integration in Fahrzeugen zu verbessern. Der Entwicklungsprozess umfasst die gesamte Wertschöpfungskette - von der Synthese neuartiger Batteriematerialien über die Elektroden- und Zellherstellung, Batterietests, Diagnostik und Simulation bis hin zur Post-Mortem-Analyse. 1

3 PORTFOLIO Modellunterstützte Batteriematerialentwicklung und optimierung Industrienahes Elektrodendesign und Zellfertigung Umfassende physiko- und elektrochemische Charakterisierung (in- und ex-situ Methoden) Akkreditierte elektrische, Umweltsimulations- und Sicherheitstests auf Zell-, Modul- und Systemebene SoX-Bestimmung (State of Health, State of Charge, etc.) 1D- und 3D-Simulation auf Zell- und Systemebene inklusive Alterung Zellauswahl und Benchmarking nach Kundenanforderungen Post-Mortem-Analyse 2

4 Batterietestlabor Das AIT Batterietestlabor ist spezialisiert auf Leistungsvalidierung, thermischen Missbrauch und Lebensdaueranalyse von Zellen (bis zu 100 Ah) bis hin zu kleinen Batteriesystemen. Kundenorientierte Lösungen sind unser Ansatz, um den Anforderungen des Marktes gerecht zu werden. Die umfassende Validierung erfolgt unter anderem durch Kombination von ISO- und IEC akkreditierten Tests und Services. 3

5 Portfolio Leistungstests von der Zell- bis zur Systemebene Alterungstests und -modelle kalendarische & zyklische Alterung thermoelektrische Simulation Reale Fahrprofile Sicherheitstests: thermisch mechanisch elektrisch Gasanalyse (optional) Post-Mortem-Analysen Zerlegung der Zelle physikalisch-chemische Charakterisierung der Komponenten Akkreditierung: IEC ,2 IEC IEC ISO ,2 UN38.3 4

6 Sicherheitstests für Batterien Thermisch Thermische Stabilität Simulierter Brand Lagerung bei erhöhter Temperatur Thermo-Zyklen Mechanisch Zellinterner Kurzschluss / Nagelpenetration Kontrolliertes Quetschen Falltest Korrosive Umgebung / Staub Höhensimulation Vibration / Schock Elektrisch Überladung Tiefentladung / Spannungsumkehr Externer Kurzschluss (Rs 137 μω, 20 ka) Schnelles Laden / Entladen Datenerfassung bis zu 20 khz bis zu 40 Temperatursensoren Video (HFR 420 fps) Thermographie Optional Gasmengenmessung an Zelle und Modul Gasanalyse (an kleinen Zellen) Funkenentzündung Post-Mortem-Analyse 5

7 Elektrische Tests für Batterien Zellebene 72 Kanäle Spannung: Strom: Strom: Parallel: Methoden: 96 Kanäle Spannung: Strom 1: Strom 2: Strom 3: Strom 4: Methoden: 0,7 V 5,5 V 100 A Ladung / 1 A A 10 A Ladung / 0,1 A - 10 A bis zu 12 Kanäle parallel für max. Entladungsstrom von 1440 A (120 A pro Kanal) CC, CV, CP und dynamische Lastprofile 0 6 V (± 0,02% FS) μa bis +150 μa (±0,01% FS) -5 ma bis +5 ma (±0,01% FS) -150 ma bis +150 ma (±0,01% FS) -5 A bis +5 A (±0.01% FS) CC, CV, CP, dynamische Lastprofile Modulebene 3 Prüfstände Spannung: Strom: Methoden: Systemebene 2 Prüfstände Spannung: Strom: Methoden: 0 60 V / 120 V 500 A Ladung / 750 A Entladung CC, CV, CP und dynamische Lastprofile V / 1200 V 192 A Ladung / 540 A Entladung CC, CV, CP und dynamische Lastprofile Alle Testgeräte können mit Klimakammern und Schutzatmosphäre kombiniert werden. 4 Kanäle Impedanzspektroskopie Spannung: 0 20 V / ± 10 V Strom: 0 2 A (1 Kanal 20 A) Methoden: PEIS / GEIS Frequenz: 10 μhz 30 khz 6

8 Batteriemateriallabor Speziell ausgerüstete Laboreinrichtungen für die Synthese, Analyse und Validierung von Materialien in kleinen Zellen ermöglichen uns die umfassende Erforschung von Batteriematerialien. Der Forschungs schwerpunkt liegt dabei auf der Entwicklung von Hochleistungskathoden und hochenergetischen Anodenmaterialien sowie auf der Optimierung aktueller Zellchemien. Die Skalierung auf Prototyp-Pouch-Zellen von bis zu 10 Ah ermöglicht industrienahe Herstellung und schließt somit die Lücke zwischen Wissenschaft und Marktanwendung. Die Charakterisierung verschiedenster Materialien von Kunden und Projektpartnern runden das Angebot ab. 7

9 Portfolio Partikelgrößenverteilung (PS-Analyse mittels Röntgenbeugung und / oder Laserbeugung oder Laserstreuung) Rasterelektronenmikroskopie (REM- Messungen, REM-EDX) Batteriematerialcharakterisierung in Knopf- und Pouchzellen von 1 mah bis 10 Ah Elektrochemische Analyse in 2-, 3- Elektroden Zellkonfiguration Bestimmung des Wassergehalts in organischen Lösungsmitteln (Karl-Fischer-Titration) Fourier-Transformierte Infrarot- Spektroskopie / Attenuated Total Reflection (FTIR / ATR) Gaschromatographie, Massenspektrometrie (GC / MS) Akkreditierte Methoden (ISO, IEC): Thermische Analyse (TGA- und DTA-, ARC Accelerating Rate Calorimeter) Elementaranalyse (Röntgenfluoreszenz) Kristallstrukturanalyse (XRD-Messung) Spezifische Oberflächenbestimmung mittels Gasadsorption (BET) 8

10 Zellproduktion und Research Pilot Line Ein Trockenraum sowie eine hochmoderne Forschungspilotlinie zur Herstellung von Pouch-Zellen (je bis zu 10 Ah) ermöglicht industrienahes Prototyping. Besonderes Augenmerk wird auf die Optimierung jeder einzelnen Stufe des Herstellungsprozesses und auf das innovative Zelldesign gelegt. Industrierelevante Forschungsund Entwicklungsaktivitäten können somit kostengünstig und mit vermindertem Investitionsrisiko durchgeführt werden. 9

11 Portfolio Elektrodendesign und Slurry-Entwicklung für Hochskalierungsprozesse Elektrodenbeschichtung und -kalandrierung Pouchzellenfertigung für bis zu 10 Ah Kapazität pro Zelle Industrienahe Prototypenfertigung im Trockenraum (Taupunkt bis zu -60 C) Zellkomponentenvalidierung Automatisches Elektrodenstapeln und Elektrolytbefüllung Next Generation Smart Cell Design mit integrierter Sensorik 10

12 AIT AUSTRIAN INSTITUTE OF TECHNOLOGY GMBH Center for Low-Emission Transport Giefinggasse Vienna, Austria Dr. in Corina Täubert Senior Scientist T F corina.taeubert@ait.ac.at Juliane Thoß Marketing and Communications T F juliane.thoss@ait.ac.at