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Modellierung und Simulation Primärer Zink-Luft-Knopfzellen

Stamm, Johannes and Horstmann, Birger and Latz, Arnulf (2016) Modellierung und Simulation Primärer Zink-Luft-Knopfzellen. Master's, Universität Münster.

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Abstract

Primäre Zink-Luft-Knopfzellen werden bereits erfolgreich in Hörgeräten eingesetzt. Für Anwendungen in portablen Geräten, sowie im Rahmen der Elektromobilität und der Energiewende, werden allerdings elektrisch wiederaufladbare Energiespeicher benötigt, weshalb an sekundären Zink-Luft-Zellen geforscht wird. Diese haben allerdings zum aktuellen Stand der Forschung noch eine sehr geringe Lebensdauer. In dieser Arbeit stellen wir ein thermodynamisch konsistentes, eindimensionales Modell für die Transportvorgänge in Zink-Luft-Knopfzellen, unter Berücksichtigung der Reaktionen und porösen Elektroden, auf. Die Modellgleichungen diskretisieren wir mit der Finite-Volumen-Methode und implementieren diese in Matlab und erhalten so eine Simulation der Zelle. Wir rechtfertigen unsere Ortsdiskretisierung durch eine Fehlerabschätzung, die auf Dreiecksgittern auch in zwei Dimensionen gilt. Die Zeitschritte berechnen wir mit dem Solver ode15i. Um dieses Verfahren numerisch zu validieren, berechnen wir die experimentelle Konvergenzordnung an Hand der Wärmeleitungsgleichung als Testproblem. Wir untersuchen das Entladeverhalten von Zink-Luft-Knopfzellen bei konstanter Stromstärke experimentell und vergleichen die Resultate mit denen unserer Simulation. Durch die Analyse der Ergebnisse erhalten wir einen guten Einblick in die Prozesse beim Entladevorgang in der Batterie. Außerdem untersuchen wir die Selbstentladung der Zelle durch die Wechselwirkung mit Kohlendioxid aus der Luft experimentell und führen eine entsprechende Simulation durch. Die Ergebnisse stimmen qualitativ gut überein und liefern eine Aussage über die Lebensdauer der Zelle.

Item URL in elib:https://elib.dlr.de/109269/
Document Type:Thesis (Master's)
Additional Information:Betreuer: Dr. Birger Horstmann
Title:Modellierung und Simulation Primärer Zink-Luft-Knopfzellen
Authors:
AuthorsInstitution or Email of AuthorsAuthors ORCID iD
Stamm, JohannesUniversität MünsterUNSPECIFIED
Horstmann, Birgerbirger.horstmann (at) dlr.deUNSPECIFIED
Latz, ArnulfArnulf.Latz (at) dlr.deUNSPECIFIED
Date:January 2016
Refereed publication:No
Open Access:Yes
Gold Open Access:No
In SCOPUS:No
In ISI Web of Science:No
Status:Published
Keywords:Zink-Luft Batterie, Model, Theorie, Simulation, Nukleation
Institution:Universität Münster
HGF - Research field:Energy
HGF - Program:Storage and Cross-linked Infrastructures
HGF - Program Themes:Electrochemical Energy Storage
DLR - Research area:Energy
DLR - Program:E EV - Energy process technology
DLR - Research theme (Project):E - Electrochemical Processes (Batteries) (old)
Location: Stuttgart
Institutes and Institutions:Institute of Engineering Thermodynamics > Computational Electrochemistry
Deposited By: Horstmann, Birger
Deposited On:08 Dec 2016 13:15
Last Modified:31 Jul 2019 20:06

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