(Li-ion) batterijen & hun problemen. Prof. dr. ir. Emmanuel Van Lil, ir. Frederik Geth



Vergelijkbare documenten
Introductie energieopslag met batterijen

Technische data AIB Aqueous Ion Exchange Battery

De batterij heeft toekomst?!

OPLAADBARE BATTERIJEN VRLA

Dr. J.M.H. Huynen. Dr. J.M.H. Huynen KIVI-EL Utrecht, 22 januari

Hoofdstuk 8. Redoxreacties. Chemie 6 (2u)

Uitwerkingen van de opgaven uit: CHEMISCHE ANALYSE ISBN , 1 e druk, Uitgeverij Syntax Media Hoofdstuk 15 Elektrochemie bladzijde 1

Batterijen en laadsystemen voor een duurzaam magazijn. Michiel Adema

Toets02 Algemene en Anorganische Chemie. 30 oktober :00-15:30 uur Holiday Inn Hotel, Leiden

Lithium-Ion CYCLISCHE BATTERIJEN. Toepassingen: LITHIUM-ION BATTERIJEN. LiFePO4 BATTERIJ CELLEN. Enkel voordelen. Voordelen:

Elektrische energieopslag

Lithium batterij technologie

/14 /28 /28 /30 /100. Naam:.. Studentnr.:.. Resultaten: Totaal: Opgave 1 Opgave 2 Opgave 3 Opgave 4

Hoe beschermt u uw accu-investering

De autoaccu. Create PDF with GO2PDF for free, if you wish to remove this line, click here to buy Virtual PDF Printer

CIJFERS BELGIË OVERNIGHT STAYS

/14 /28 /28 /30 /100. Naam:.. Studentnr.:.. Resultaten: Totaal: Opgave 1 Opgave 2 Opgave 3 Opgave 4

Reacties en stroom; een aanvulling op hoofdstuk 9

Battery Supplies. voor u kunnen aanbieden.

HERNIEUWBARE WATERSTOF GENERATIE WATERSTOFNET CONGRES, HELMOND RUBEN LIETEN, IMEC

FACTSHEET KIWIFRUIT (HS code ) (8 februari 2013)

FACTSHEET Grapes: special India HScode (10)

Veilig - Performant - Duurzaam - LiFePO4

Chemische opslag van elektrische energie. Rudi Geerits ON7YT, Elien ON3EZ

Zeeman Thomas Johann Seebeck ((1770~1830) 1.5 Ebert-up-down George Simon Ohm (1787~1854) Ohm Michael Faraday (1791~1867)

Biobrandstoffen een belangrijke bijdrage op

FACTSHEET BRAZIL EXPORT 2014

Onderzoeksopzet Hoverboards

COMPONENTS FOR ELECTRONICS & INDUSTRIAL AUTOMATION

Klimaatafspraken van Parijs betekenis voor de Nederlandse akkerbouw

Lithium- vs. Lood-accu s een storm in een glas water? GNB Industrial Power Exide Technologies B.V. Raf Bruggeman

Toerisme in cijfers Tourism in figures 2013

Tetra Econocap gebruik van supercondensatoren met. te verwezenlijken in aandrijfsystemen. 5/5/2010 pag. 1

toerisme in cijfers tourism in figures 2011

ELYSIUM LX60B Pro HANDLEIDING. #FS-LX60BPE v fv

Workshop hybride en elektrische aandrijving Netwerkdag OGS, 27 juni 2013

Fysische Chemie en Kinetiek

Fireblocking systems LITHIUM- ACCU S. Niet zo onschuldig als ze lijken. Jan asecos

Salderen en Zelflevering in Nederland De impact van salderen op de economische groei & overheidsinkomsten. Dr. Ronald Franken 19/06/2012

Fuel Cell Technologie in Autobussen. J. Lanckriet Dir. RM

Basisscheikunde voor het hbo ISBN e druk Uitgeverij Syntax media

Quick start guide. Powerbank MI Mah. Follow Fast All rights reserved. Page 1

Wat Chinese studenten willen

Industriële batterijen voor electro-mobiliteit. Uitdaging voor recyclage? Willy Tomboy OVAM Congres 12 november 2013

FACTSHEET BRAZIL FRESH FRUIT AND VEGETABLES

Toerisme in cijfers Tourism in figures XL

VMx studiedag mobiliteit. Een toekomst voor elektrische mobiliteit in Vlaanderen

Optimalisatie TCO in UPS batterij back-up. Exide Technologies GNB Industrial Power Raf Bruggeman

ADN-W BA. Li-Ion Battery Pack. Gebruiksaanwijzing

Energie transitie. het grote plaatje. Prof.dr.ir. Vianney Koelman. Photo: Andrew Glaser

René Bos, T&M Consultant. Den Bosch 14 juni 2018

Broadcast accubatterijen

Informatiebrochure Rebelcell Angling

Quinoa: Ondanks problemen in Peru wereldhandel op peil gebleven

POWER LINE. Lesmateriaal plus proeven over elektriciteit. Een lespakket van Zoleerjemeer

Hoofdstuk 17 Redoxreacties

Op een accu kan bijvoorbeeld het volgende staan: U = 12V I = 25A Imax = 120A (5sec.) C = 7Ah (C/20) of (20h)

CARBON FOOTPRINT ANALYSE

Elektrochemie voor VWO

UPS en batterij Meer en meer commodity of een hybride oplossing in een smart grid?

procesboek m i c r o b i a l e n e r g y


WELKOM. Jaap de Wit. Johnson Controls Autobatterijen B.V /53

Made in USA CROWN US DEEP CYCLE 17

HERHALINGS TENTAMEN CHEMISCHE THERMODYNAMICA voor S2/F2/MNW2 Woensdag 14 januari, 2009,

Batterijen. door ir. Martine Segers, freelance wetenschapsjournalist

PORTABLE POWER VERKLAARD

Met nieuwe energie de toekomst in

ir. T.V.J. (Victor) Pastoor, commercial director, Grontmij Sustainable Buildings: Green Talker naar Green Walker naar Green Star

toerisme in cijfers tourism in figures aantal overnachtingen naar logiesvorm 2011 number of overnight stays by type of accommodation 2011

Water elektrolyse Van industrieel proces tot bouwsteen voor de integratie van hernieuwbare energie

Elektrische voertuigen de transitie naar een duurzame mobiliteit

FACTSHEETshort PEPPERS

Statistische gegevens van het Nederlandse register voor burgerluchtvaartuigen Statistics of the civil aircraft register of the Netherlands

FACTSHEET SOUTH AFRIKA IMPORT 2015

De potentie van diepe geothermie voor de transitie naar duurzame energie. Technologische kansen voor de Nederlandse industrie

Betere baterijen voor de elektrische toekomst

Soorten brandstoffen en aandrijvingen. Alternatieve Brandstoffen. Alternatieve Brandstoffen. Enkele voorbeelden. Alternatieve aandrijvingen

Catalogus. Veilig - Performant - Duurzaam - LiFePO4 /JA H

The Battery Saving Charger

FACTSHEET Chile Apples 2013

QIAsymphony DSP AXpH DNA Kit

Duurzaamheid begint bij jezelf! Alumni. 11 september

Fysische Chemie en Kinetiek

STERK VANUIT ELK PERSPECTIEF

De HBr Flow Batterij Technologie & Business Case

The power of brands. John Terra

TYPHOON L50B Pro HANDLEIDING. #FS-L50BP v fv

Soort accu eigenschappen Hoe te laden Let op!

Elektrochemische cellen Redox in theorie en praktijk


Chemische kinetiek Bepaling van de snelheidsconstante en de activeringsenergie voor de oxidatie van het jodide-ion door waterstofperoxide

POWERXTREME X75 / X125

Werkstuk ANW Batterijen

MKE 600. Microphone for Video Journalists

!"#$%&#'()')##'*#'"#)#"'

PbSO 4(s) d NH 4Cl + KOH KCl + H 2O + NH 3(g) NH 4. + OH - NH 3(g) + H 2O e 2 NaOH + CuCl 2 Cu(OH) 2(s) + 2 NaCl

IChO26 landenklassement Oslo Noorwegen 1994

Alliander. Grid companion or grid devil,that s the question. Jbozelie. Greener than green greenhouses. Workgroup 2013 AllStore

Grootschalige implementatie van zonnestroom in onze steden

Transcriptie:

(Li-ion) batterijen & hun problemen Prof. dr. ir. Emmanuel Van Lil, ir. Frederik Geth KU Leuven,div.ESAT/TELEMIC & ELECTA Kasteelpark Arenberg, 10; Bus 2444 B-3001 Leuven-Heverlee; Belgium Web site: http://www.esat.kuleuven.be/telemic(/propagation) E-mail: Emmanuel.VanLil@ESAT.KULeuven.Be Batterijen Basis: Oxidatie aan ene kant, reductie aan andere kant Klassieke Zn batterij: Oxidatie Zn+2NH 4 Cl=ZnCl 2 + 2NH 3 +H 2 +2e Reductie 2MnO 2 +H 2 + 2e=Mn 2 O 3 + H 2 O Potentiaal te berekenen uit reductiepotentialen: 1,5 V/cel Moeilijk omkeerbaar: reductie? Oorspronkelijke referentie van spanning met Hg +0,2444 V bij 25 C 1

bb cc dd ee Batterijen Potentiaal te berekenen met Nernst potentialen (activiteiten concentraties) Q j a j b c j aa B C a i d e ai adae i Q a j i [C] j j [ C] V RT V 0 ln ( Q a ) nf n aantalelectrone n F=96 485,3399 ± 0,0024 C mol 1 i i Batterijen Omkeerbare: voorbeeld loodaccu: ±2V/cel Oxidatie Pb + H 2 SO 4 =PbSO 4 + H 2 +2e (ontploffingsgevaar zeker bij overladen, want dan hydrolyseert water in waterstof en zuurstof) Reductie PbO 2 + H 2 + 2e=PbO + H 2 O 2

Waarom Li(-ion)? Waarom Li-ion? 3

Li-ion Separatiemembraan: bevat geen water (2Li+2H 2 O=H 2 +2LiOH) + eventueel Beste: 3 laag PP/PE/PP Batterijen Een korte geschiedenis Baghdad batterij (rond Christus; acupunctuur?) Year Inventor Activity 1600 William Gilbert (UK) Establishment of electrochemistry study 1791 Luigi Galvani (Italy) Discovery of animal electricity 1800 Alessandro Volta (Italy) Invention of the voltaic cell (zinc, copper disks) 1802 1820 1833 1836 1839 1859 1868 1899 William Cruickshank (UK) André-Marie Ampère (France) Michael Faraday (UK) John F. Daniell (UK) William Robert Grove (UK) Gaston Planté (France) Georges Leclanché (France) Waldmar Jungner (Sweden) First electric battery capable of mass production Electricity through magnetism Announcement of Faraday s law Invention of the Daniell cell Invention of the fuel cell (H 2 /O 2 ) Invention of the lead acid battery Invention of the Leclanché cell (carbon-zinc) Invention of the nickel-cadmium battery 4

Een korte geschiedenis 1901 1932 Thomas A. Edison (USA) Shlecht & Ackermann (D) Invention of the nickel-iron battery Invention of the sintered pole plate 1947 1949 1970s 1990 1991 1994 1996 Georg Neumann (Germany) Lew Urry, Eveready Battery Group effort Group effort Sony (Japan) Bellcore (USA) Moli Energy (Canada) Successfully sealing the nickel-cadmium battery Invention of the alkaline-manganese battery Development of valve-regulated lead acid battery Commercialization of nickel-metal-hydride battery Commercialization of lithium-ion battery Commercialization of lithium-ion polymer Introduction of Li-ion with manganese cathode 1996 University of Texas (USA) Identification of Li-phosphate (LiFePO 4 ) University of Montreal, Quebec Improvement of Li-phosphate, nanotechnology, 2002 Hydro, MIT, others commercialization Vergeten in tabel op http://batteryuniversity.com/learn/article/battery_developments Vloeibaar Natrium(zouten)/S (245 C)? Dr. Ing. Georg Otto Erb (V1-V2, later in atoomwapens) 90 Wh/kg and a specific power of 150 W/kg Waarom Li-ion? Studentenbatterij: 2 appelen, 1 banaan, 1 oranje, 2 citroenen (in serie) Zn + Cu elektrodes 5

Uitzonderlijke problemen Overladen/kortsluiten: veilig tot 50 C (omhulsel), daarna brandbare witte rook (na ontploffing omhulsel). Uitzonderlijke problemen Lokale kortsluiting (te wijten aan losse Li deeltjes/dendrieten), of door inbrengen van nagel. 6

Uitzonderlijke problemen Oplossingen: meer lagen PE heeft smelttemperatuur op 135 C en PP op 165 C. PE smelt eerst en vult poriën van PP op: vermindert weerstand: inherent stabiel hogere temperaturen (ceramisch) Uitzonderlijke problemen Verloop van ideale overlaadbeveiliging 7

Uitzonderlijke problemen Verloop van werkelijke overlaadbeveiliging (met interne kortsluiting te wijten aan overspanning) Uitzonderlijke problemen Verloop van werkelijke overlaadbeveiliging (met interne kortsluiting door te grote laadstroom (2(,5)x)) 8

Verouderingsverschijnselen Aan de kant van de anode (inert grafiet) Beschermd door S(olid)E(lectrolite)I(interface) Verouderingsverschijnselen SOC=State Of Charge 9

Verouderingsverschijnselen DOD=Depth Of Discharge Verouderingsverschijnselen Aan de kant van de cathode LiMn 2 O 4 / Li(Ni,Co)O 2 10

Verouderingsverschijnselen Aan de kant van de cathode (LiMeO 2 in LiPF 6 electrolyt) Verouderingsverschijnselen Aan de kant van de cathode (LiMn 2 O 4 in LPF 6 electrolyt) 11

Specifiek 787 Volgens Prof. Adam Heller (U. of Texas, Austin) Dendrieten op anode Oplossing The G. S. Yuasa-Boeing 787 Li-ion Battery: Test It at a Low Temperature and Keep It Warm in Flight Oplossing Boeing voor 787 Kleinere laadstroom Ontluchting/ontwatering: direct naar buiten (no smoke in the cockpit ) Geen temperatuurscontrole, wel isolatie; propagatie van brand tegengaan Kost: 150 pond = 75 kg (kwijt wat door Li-ion gewonnen was) 12

Impedantieverloop LF capacitief (-Z!), vanaf ±1 khz inductief. Waar te vinden? Chili (Soquimich) (40%; 44% import naar VS 2008-2011) (Australië = 2 de grootste na Chili, China = 3 de ) 13

Waar te vinden? Salar del Hombre Muerto, N van Argentinië (44% import naar VS 2008-2011) Waar te vinden? zoutmeer van Uyuni, 's werelds grootste lithiumvoorraad, ZW Bolivië (3656 m); pas sinds 2013 in exploitatie. 14

Referenties http://www.youtube.com/watch?v=smy2_qno2y0 http://www.youtube.com/watch?v=ang-q49mibm met Duitse brandweer + IR camera (nagel erdoor kloppen + water opgieten) C. Orendorff, The Role of Separators in Lithium-ion Cell Safety, The Electrochemical Society, Interface, Vol. 21, no. 2, Summer 2012, Special Issue on Lithium Ion Battery SAFETY, pp.61-66 J. Vetter e.a., Ageing mechanisms in Lithium-ion batteries, Journal of Power sources, 147, 2005, pp.269-281 Artikel van Prof. Heller http://www.electrochem.org/dl/interface/sum/sum13/sum13_p035.p df The Electrochemical Society, Interface, Vol. 22, no. 2, Summer 2013, Special Issue on Solar Fuels, p. 35 Vragen Commentaar! 15

Extra slides 16