Thread by @alife_meat

Da immer wieder die Frage aufkommt, was genau die Alterung einer #emobility oder #solarspeicher Batterie beeinflusst, habe ich mich für euch mal durch die Studienlage dazu gewühlt.
Es folgt ein 𝘋𝘦𝘦𝘱 𝘋𝘪𝘷𝘦 🧵 in mehreren Teilen

Ich habe aus diversen Studien (Quellen siehe ganz am Ende) pro Zellchemie die Alterungsmessungen rausgesucht, gemittelt, Standardabweichungen errechnet und versucht übersichtlich darzustellen. In diesem Teil soll es zuerst um die 𝗡𝗠𝗖 Chemie gehen.
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Wie ihr sicherlich aus meinen anderen Threads wisst, unterteilt man die Alterung in 2 Typen - kalendarische und zyklische Alterung.
Die kal. Alterung hängt in allen Studien von der Temperatur und dem SOC während der "Lagerung" der Batterie ab.


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https://twitter.com/alife_meat/status/1532010254581366784?s=20

Dargestellt ist hier auf der Y-Achse die Alterung (Kapazitätsverlust) in % pro Jahr. Auf der X-Achse ist Gruppenweise die Temperatur. Jede Säule steht für eine Gruppe an SOC Werten bei denen die Werte ähnlich sind. Die schwarzen Fehlerbalken stellen die Standardabweichung dar. 3️⃣

Man sieht an der Abweichung bei <90% schon eine größere Streuung zwischen den Messwerten. Hier haben also verschiedene Studien schon intensivere Abweichungen zueinander. Das Ganze wird sich gleich bei der zyklischen Alterung noch verschlimmern.
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Die zyklische Alterung hängt von 5 Faktoren ab:
- entnommene Ladungsmenge (Depth Of Discharge - DOD)
- dem SOC-Bereich, der entladen/geladen wurde (Average-SOC)
- Temperatur während des Ladungsumsatzes
- Stromstärke im Verhältnis zur Anfangskapazität (C-Rate)
- Stromrichtung
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Zuerst zum 𝗗𝗢𝗗: Auf der Y-Achse hier die Alterung pro Zyklus, die Säulen stellen wieder Gruppen an DODs dar.
Dies sind die Werte bei 35-45°C, Entladerichtung, 1C C-Rate, 50% AvgSOC.
Erwartbar: Der schlechteste Bereich ist bei maximalen Ladungsumsatz. 6️⃣

Faktor Average-𝗦𝗢𝗖/SOC-Fenster.
Werte bei 10%DOD, 35-45°C, Entladen, 1C.
Hier ist der schlechteste Wert im unteren SOC Bereich. 10% bedeutet eine Zyklisierung von 5% auf 15% und vice versa. Zum AvgSOC gibt es nur sehr wenige Vergleichsstudien, wodurch die Streuung hoch ist. 7️⃣

Faktor 𝗧𝗲𝗺𝗽𝗲𝗿𝗮𝘁𝘂𝗿:
Werte bei 100% DOD, 1C, Entladen, 50% AvgSOC.
Hier gab es auch für negative Temperaturen nur sehr wenige Studien die belastbare Messungen durchgeführt haben. Dementsprechend breit ist die Streuung in diesem Bereich. 8️⃣

Faktor 𝗖-𝗥𝗮𝘁𝗲
Werte bei 100%DOD, 50%Avg SOC, Entladen.
Der Mangel an Messungen für negative Temperaturen verstärkt sich hier nochmals, sodass für C-Raten >2C keine Werte existieren. 9️⃣

Faktor 𝗦𝘁𝗿𝗼𝗺𝗿𝗶𝗰𝗵𝘁𝘂𝗻𝗴
Wenige Studien haben den Unterschied zwischen Lade- und Entladerichtung untersucht und dabei eine Starke Abhängigkeit gezeigt.
Werte bei 100% DOD, 50% AvgSOC 1️⃣0️⃣

Man kann Schlussfolgern, dass bei der kal. Alterung vor allem volle Batterien bei hohen Temperaturen einer extrem starken Alterung unterliegen.
Bei zyklischer Alterung sind vor allem tiefe Temperaturen relevant. Insbesondere dann schnelles Laden ist sehr destruktiv.
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Wie man an den breiten Fehlerbalken erkennen kann, sind die Aussagen jedoch mit Vorsicht zu genießen. Da die Alterung von sehr vielen Faktoren abhängt, gibt es nur sehr wenige Studien die diese Faktoren alle gleichzeitig in einer großen Testmatrix abbilden.
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Weiterhin ist zu beachten, dass gerade bei geringen C-Raten die Zeit des Tests für einen vollen Zyklus relevant wird. Es fängt also an zusätzlich die kalendarische Alterung mit reinzuspielen. 1️⃣3️⃣

🎉𝗕𝗼𝗻𝘂𝘀 für alle die bis hierher durchgehalten haben: Der Bezug zum tweet mit der zurückgewinnbaren Kapazität.
Eine Studie hat einen "𝗿𝗲𝗰𝗼𝘃𝗲𝗿𝘆 𝗲𝗳𝗳𝗲𝗰𝘁" bei der zyklischen Alterung gezeigt.
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Dabei wurde eine Kapazitätsmessung direkt nach einem Zyklustest gemacht, und eine 2. Messung nach 𝟯,𝟱 𝗧𝗮𝗴𝗲𝗻 𝗥𝘂𝗵𝗲𝗽𝗵𝗮𝘀𝗲. Dabei zeigte sich eine von der eigentlichen Alterung unabhängige Wiederherstellung der verlorenen Kapazität. 1️⃣5️⃣

Soweit erstmal bis hier.
In zukünftigen Threads möchte ich mich noch den LFP und NCA widmen.
Zu Natrium Zellen gibt es verständlicherweise noch zu wenig Infos.
Zu den Ursachen der Alterung kann ich bei Interesse noch was machen, jedoch bin ich eigentlich kein Zellchemiker.
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Quellen:







doi.org/10.1016/j.jpow…
doi.org/10.1016/j.jpow…
doi.org/10.1016/j.apen…
doi.org/10.1016/j.apen…
doi.org/10.1016/j.jpow…
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doi.org/10.1016/j.jpow…
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