<p>vorwort v</p> <p>Symbolverzeichnis xxiii</p> <p><b>1 Einführung 1</b></p> <p>1.1 Energieversorgung allgemein 1</p> <p>1.2 Elektrochemische und nicht-elektrochemische Energiespeichertechnologien 3</p> <p>1.3 Grundlegende Eigenschaften von Batterien, Gemeinsamkeiten und Unterschiede 5</p> <p>1.4 Überbrückungszeit 7</p> <p>1.5 Vergleich von Batterietechnologien 9</p> <p>1.6 Anwendungen und Einordnung von Batterien in Gesamtsysteme 10</p> <p>Literatur 12</p> <p>Aufgaben 12</p> <p><b>2 Elektrochemische Grundlagen 15</b></p> <p>2.1 Elektrochemische Grundbegriffe 16</p> <p>2.1.1 Einige Definitionen 16</p> <p>2.1.2 Spannung und Ladungsträgerverteilung 17</p> <p>2.1.3 Die spannungsbildenden Reaktionen – Hauptreaktionen 18</p> <p>2.1.4 Doppelschichtkondensator und Austauschstromdichte 20</p> <p>2.1.5 Faradaysche Zahl 21</p> <p>2.1.6 Theoretische spezifische Kapazität von Elektroden oder Zellen 21</p> <p>2.2 Elektrochemische Thermodynamik 22</p> <p>2.2.1 Energiebilanz und Gleichgewichtsspannung 22</p> <p>2.2.2 Konzentrationsabhängigkeit der Gleichgewichtsspannung (Nernst-Spannung) 23</p> <p>2.2.3 Temperaturabhängigkeit der Gleichgewichtsspannung 24</p> <p>2.2.4 Entropieterm und Wärmetönung – reversible Wärme 24</p> <p>2.2.5 Elektrochemische Spannungsreihe 24</p> <p>2.2.6 Grenzen thermodynamischer Betrachtungen 25</p> <p>2.2.7 Theoretische spezifische Energie 26</p> <p>2.2.8 Referenzelektrode 26</p> <p>2.3 Elektrochemische Kinetik 27</p> <p>2.3.1 Überspannungsarten 27</p> <p>2.3.2 Ladungsträgerdurchtrittsspannung 28</p> <p>2.3.3 Butler-Volmer-Gleichung 28</p> <p>2.3.4 Abhängigkeit der BV-Gleichung von wichtigen Systemparametern 33</p> <p>2.3.5 Widerstandsverluste bei der Stromleitung – ohmsche Erwärmung 37</p> <p>2.3.6 Auswirkungen der Temperatur 37</p> <p>2.3.7 U-I-Kennlinie von elektrochemischen Systemen 40</p> <p>2.4 Ersatzschaltbilder 41</p> <p>2.4.1 Grundlagen elektrochemischer Ersatzschaltbilder 41</p> <p>2.4.2 Grundlegende Ersatzschaltbilder einer Elektrode und einer Zelle 42</p> <p>2.4.3 Ersatzschaltbild bei konstantem Strom 44</p> <p>2.5 Nebenreaktionen 45</p> <p>Literatur 47</p> <p>Aufgaben 47</p> <p><b>3 Laden und Entladen von Zellen und Batterien 51</b></p> <p>3.1 Begriffsbestimmungen Kapazität und Innenwiderstand 52</p> <p>3.1.1 Kapazität 52</p> <p>3.1.2 Innenwiderstand 54</p> <p>3.2 Begriffsbestimmung Laden und Entladen von Batterien 54</p> <p>3.2.1 Entladen 55</p> <p>3.2.2 Laden 55</p> <p>3.2.3 Ladefaktor und Wirkungsgrad 58</p> <p>3.3 Entladen und Laden von Elektroden einer Zelle 59</p> <p>3.3.1 Bedeutung der BV-Gleichung für den Verlauf von Strom und Spannung 59</p> <p>3.3.2 Entladen und Laden mit konstantem Strom 61</p> <p>3.3.3 Laden mit konstantem Strom 62</p> <p>3.3.4 Strom- und Spannungsverlauf von Batterien 64</p> <p>3.4 Reihenschaltung von Elektrodenwechselwirkungen von Elektroden aufeinander 65</p> <p>3.5 Entladen und Laden von Elektroden in einer Zelle 66</p> <p>3.5.1 Bedeutung von Nebenreaktionen bei Reihenschaltung 67</p> <p>3.5.2 Entladen von Zellen ohne Nebenreaktionen in Reihenschaltung 68</p> <p>3.5.3 Entladen von Zellen mit Nebenreaktionen in Reihenschaltung 69</p> <p>3.5.4 Laden von Zellen mit Nebenreaktionen in Reihenschaltung 72</p> <p>3.5.5 Laden von Zellen ohne Nebenreaktionen in Reihe 75</p> <p>3.6 Auswirkungen eines Kurzschlusses einer Zelle bei Reihenschaltung 76</p> <p>3.7 Fehlerpropagation, parallele Batteriestränge und Weiteres 77</p> <p>Literatur 77</p> <p>Aufgaben 77<br /> <br /> <b>4 Aufbau von Elektroden, Zellen und kompletten Batteriesystemen 81</b></p> <p>4.1 Elektrochemische Anforderungen an die Struktur von Aktivmassen 82</p> <p>4.1.1 Allgemeine Anforderungen 82</p> <p>4.1.2 Verfügbarkeit von Reaktanten 84</p> <p>4.1.3 Ionische und elektronische Leitfähigkeit von Elektroden und Zellen 85</p> <p>4.1.4 Mechanische Beanspruchung der Elektroden 86</p> <p>4.2 Aufbau von Zellen 87</p> <p>4.2.1 Allgemeine Hinweise 87</p> <p>4.2.2 Bipolarplattenaufbau 88</p> <p>4.2.3 Stapelzellen und gewickelte Zellen 88</p> <p>4.3 Kombinierte Ionen- und Elektronenleitfähigkeit der Elektroden 94</p> <p>4.4 Zellgehäuse und Batteriesysteme 95</p> <p>4.4.1 Allgemeine Anforderungen 95</p> <p>4.4.2 Spezifische Energie von Zellen, Modulen und Batteriesystemen 96</p> <p>Literatur 97</p> <p>Aufgaben 97</p> <p><b>5 Thermische Eigenschaften von Zellen und Batterien 99</b></p> <p>5.1 Inhomogene Wärmekapazität und anisotrope Wärmeleitung 100</p> <p>5.2 Wärmequelldichte 101</p> <p>5.2.1 Wärmequellen 101</p> <p>5.2.2 Widerstandsverluste bei der Stromleitung – ohmsche Erwärmung 102</p> <p>5.2.3 Ladungsträgerdurchtritt 103</p> <p>5.2.4 Reversible Wärme der Reaktion 104</p> <p>5.2.5 Chemische Reaktionen 105</p> <p>5.2.6 Vergleich der Wärmeerzeugungsterme 105</p> <p>5.3 Wärmeaustausch mit der Umgebung 106</p> <p>5.3.1 Wärmeleitung 106</p> <p>5.3.2 Konvektion 107</p> <p>5.3.3 Strahlung 107</p> <p>5.4 Wärmebilanz 107</p> <p>5.5 Temperaturauswirkungen 108</p> <p>5.6 Bestimmung thermischer Kenngrößen 110</p> <p>Literatur 110</p> <p>Aufgabe 110</p> <p><b>6 Alterungseigenschaften von Batterien und Zellen 111</b></p> <p>6.1 Klassifikation von Alterungsprozessen 112</p> <p>6.2 Lebensdauer 113</p> <p>6.2.1 Definition Lebensdauerende 113</p> <p>6.2.2 Bestimmung des Lebensdauerendes 116</p> <p>6.2.3 Veränderungen der Eigenschaften während der Nutzung 117</p> <p>6.3 Grenzen der Lebensdauer 119</p> <p>6.3.1 Grundsätzliche Begrenzung der Lebensdauer 119</p> <p>6.3.2 Herstellerangaben über die zu erwartende Lebensdauer 119</p> <p>6.4 Verfahren zur Lebensdauerprognose 120</p> <p>6.4.1 Gewichtete Amperestundendurchsatzverfahren 120</p> <p>6.4.2 Ereignisbasierte Lebensdauerprognoseverfahren 121</p> <p>6.4.3 Prognose des Kapazitäts- und Innenwiderstandsverlaufs 122</p> <p>Literatur 123</p> <p>Aufgaben 124</p> <p><b>7 Zustandsbestimmung von Zellen und Batterien 125</b></p> <p>7.1 Motivation 126</p> <p>7.2 Ladezustand und Entladetiefe 127</p> <p>7.2.1 Strenge Definition des Ladezustands 127</p> <p>7.2.2 Hauptreaktionsstrom 128</p> <p>7.2.3 Messung des Batteriestroms 129</p> <p>7.2.4 Yazami-Theorem 131</p> <p>7.2.5 Experimentelle Bestimmung des Ladezustands 131</p> <p>7.2.6 Entladetiefe 132</p> <p>7.2.7 State of energy 132</p> <p>7.3 State of health und state of function 133</p> <p>7.3.1 Begriffe 133</p> <p>7.3.2 Abgrenzung und Diskussion der Begriffe state of function und state of health 133</p> <p>7.3.3 Messung von SoH und SoF 135</p> <p>7.4 State of safety 136</p> <p>Literatur 136</p> <p>Aufgabe 137</p> <p><b>8 Batteriemodelle 139</b></p> <p>8.1 Klassifikation, Einsatz und Grenzen von Modellen 139</p> <p>8.1.1 Zum Begriff des Batteriemodells 139</p> <p>8.1.2 Nutzung von Modellen 140</p> <p>8.1.3 Einsatzgrenzen 141</p> <p>8.2 Ersatzschaltbildmodelle 141</p> <p>8.2.1 Grundsätzliches 141</p> <p>8.2.2 Aufbau von Ersatzschaltbildmodellen 142</p> <p>8.2.3 Elektrolytkondensatoreigenschaften einer Batterie 144</p> <p>8.2.4 Berücksichtigung von zeitlichen Prozessen, Massentransport und Temperatur 145</p> <p>8.2.5 Örtlich aufgelöste Ersatzschaltbildmodelle 145</p> <p>8.2.6 Relaxationsprozesse 146</p> <p>8.3 Modelle mit ladezustandsunabhängigen Parametern: das Shepherd-Modell 147</p> <p>8.4 Modelle mit ladezustandsabhängigen Parametern 149</p> <p>8.4.1 Thévenet-Modell 149</p> <p>8.4.2 Randles-Modell 149</p> <p>8.5 Ablauf von Simulationen 150<br /> <br /> 8.6 Vergleich von Modellen 152</p> <p>8.7 Modellbildung bei größeren Systemen 152</p> <p>Literatur 154</p> <p>Aufgaben 154</p> <p><b>9 Parameterbestimmung 155</b></p> <p>9.1 Begriffsbestimmung 155</p> <p>9.2 Bestimmung durch physikochemische Methoden 156</p> <p>9.2.1 Experimentelle Bestimmung 156</p> <p>9.2.2 Kapazitätsbestimmung 158</p> <p>9.2.3 Temperatur- und Stromabhängigkeit der Kapazität 158</p> <p>9.2.4 Kältekapazität und Kälteprüfstrom 159</p> <p>9.2.5 Überbrückungszeiten mit konstanter Leistung 159</p> <p>9.3 Ruhespannungskurve 160</p> <p>9.4 Innenwiderstandsbestimmung mit Strom- bzw. Spannungspulsen 160</p> <p>9.5 Kurzschlussstrom 163</p> <p>9.6 Parametrisierung für das Randles-Modell aus Pulsbelastungen (Messung im Zeitbereich) 164</p> <p>9.7 Parameterbestimmung durch Messung des Impedanzspektrums (Messung im Frequenzbereich) 164</p> <p>9.8 Messung des Wechselstrominnenwiderstands 166</p> <p>9.9 Parametrisierung des Randles-Modells über alle Betriebszustände 167</p> <p>Literatur 168</p> <p>Aufgaben 169</p> <p><b>10 Batterieanalytik 171</b></p> <p>10.1 Methodenüberblick 171</p> <p>10.2 Bewertung der Veränderungen elektrischer Kenngrößen 172</p> <p>10.3 Elektrochemische Analyseverfahren 173</p> <p>10.3.1 Stationäre elektrochemische Analyseverfahren 174</p> <p>10.3.2 Quasistationäre elektrochemische Analyseverfahren 174</p> <p>10.3.3 Nicht-stationäre Verfahren 176</p> <p>10.4 Chemische und spektroskopische Verfahren – Post-mortem-Analyseverfahren 178</p> <p>10.4.1 Allgemeines 178</p> <p>10.4.2 Chemische Techniken inkl. Trennverfahren und Charakterisierungsverfahren für Oberflächen und Korngrößen 178</p> <p>10.4.3 Mikroskopische Techniken 179</p> <p>10.4.4 Spektroskopische Techniken 181</p> <p>10.4.5 Diffraktometrische Techniken 183</p> <p>10.5 In-situ-Analyseverfahren 184</p> <p>10.6 Zusammenfassung 185</p> <p>Literatur 185</p> <p>Aufgaben 186</p> <p><b>11 Übersicht über Batteriesysteme 187</b></p> <p>11.1 Physikochemische Daten und Charakteristika 187</p> <p>11.2 Investitions- und Betriebskosten 191</p> <p>11.3 Marktstruktur 192</p> <p>11.4 Verfügbarkeit von Informationen 192</p> <p>11.5 Normungsdichte 193</p> <p>Weiterführende Literatur 194</p> <p><b>12 Blei-Säure-Batterien 195</b></p> <p>12.1 Einführung und wirtschaftliche Bedeutung 196</p> <p>12.2 Elektrochemie 196</p> <p>12.2.1 Übersicht über aktive Komponenten 197</p> <p>12.2.2 Übersicht über die wichtigsten Reaktionen an der positiven und negativen Elektrode 198</p> <p>12.2.3 Beschreibung der Hauptreaktionen 200</p> <p>12.2.4 Überentladereaktionen beim Entladen 201</p> <p>12.2.5 Nebenreaktionen der positiven und negativen Elektrode beim Überladen 203</p> <p>12.2.6 Nebenreaktionen und Selbstentladung im Ruhezustand 205</p> <p>12.2.7 Laden und Entladen von Zellen in Reihe 206</p> <p>12.3 Weitere elektrochemische Reaktionen 207</p> <p>12.3.1 Batterien mit internem Sauerstoffkreislauf (verschlossene Batterien, VRLA) 208</p> <p>12.3.2 Elektrochemie 208</p> <p>12.4 Aktivmaterialien 213</p> <p>12.4.1 Elektrische Leitfähigkeit der Aktivmassen 214</p> <p>12.4.2 Effektive Oberfläche und Mikrostruktur der Aktivmassen 216</p> <p>12.4.3 Bleisulfat 217</p> <p>12.4.4 Spannungssack zu Beginn der Entladung 218</p> <p>12.4.5 Herstellungsverfahren 220</p> <p>12.5 Elektrolyt 220</p> <p>12.6 Stromkollektoren, Gitter 222</p> <p>12.6.1 Korrosionsbeständigkeit 224</p> <p>12.6.2 Elektrischer Widerstand 224</p> <p>12.6.3 Mechanische Stabilität 225</p> <p>12.6.4 Elektrischer Kontakt zwischen Gittern und Aktivmassen 226</p> <p>12.7 Herstellungsverfahren und weitere Komponenten zur Herstellung von Zellen oder Blöcken 226</p> <p>12.7.1 Herstellung von Stromkollektoren und Elektroden (Platten) 226</p> <p>12.7.2 Separator 227</p> <p>12.7.3 Herstellung von Plattensätzen 228</p> <p>12.7.4 Batteriegehäuse und Deckel 229</p> <p>12.7.5 Zellverbinder 230</p> <p>12.8 Strominhomogenität 230</p> <p>12.9 Säureschichtung 232<br /> <br /> 12.10 Auslegung und konstruktive Unterschiede bei verschiedenen Anwendungen 235</p> <p>12.10.1 Auslegung von Zellen 235</p> <p>12.10.2 Starterbatterien 236</p> <p>12.10.3 Traktionsbatterien für Flurförderzeuge und Semitraktionsbatterien 237</p> <p>12.10.4 Batterien für stationäre bzw. ortsfeste Anlagen 238</p> <p>12.10.5 Eigenschaften 239</p> <p>12.10.6 Entladeverhalten und Kapazität 239</p> <p>12.10.7 Überwachungsanforderungen beim Entladen 246</p> <p>12.11 Leistungsabgabe und Innenwiderstand 246</p> <p>12.12 Laden und Ladekennlinien 248</p> <p>12.12.1 Grundlegendes zum Laden von Blei-Säure-Batterien 248</p> <p>12.12.2 IU-Ladekennlinie 249</p> <p>12.12.3 IUoU-Ladekennlinie 251</p> <p>12.12.4 Weitere Ladekennlinien 252</p> <p>12.12.5 Bewertung der Ladekennlinien 255</p> <p>12.12.6 Vollladekriterien 257</p> <p>12.13 Alterungseffekte 258</p> <p>12.13.1 Übersicht zu Alterungseffekten 258</p> <p>12.13.2 Verminderung der Oberfläche der aktiven Massen 260</p> <p>12.13.3 Sulfatierung 260</p> <p>12.13.4 Premature capacity loss (PLC) 261</p> <p>12.13.5 Abschlammen der Aktivmasse 261</p> <p>12.13.6 Korrosion des Separators 262</p> <p>12.13.7 Austrocknen des Elektrolyts (verschlossene Batterien) 262</p> <p>12.13.8 Dendritenbildung 263</p> <p>12.13.9 Sauerstoffverzehr und Entstehung von Unterdruck in verschlossenen Batterien 263</p> <p>12.14 Korrosion des positiven Gitters, positiven Kopfbleis, negativer Pole und Interzellverbinder 263</p> <p>12.14.1 Korrosion des positiven Gitters 263</p> <p>12.14.2 Auswirkungen der Gitterkorrosion 265</p> <p>12.14.3 Korrosion der positiven Pole und Polbrücken (Kopfblei) 267</p> <p>12.14.4 Korrosion der negativen Gitter, Pole und Polbrücken 269</p> <p>12.14.5 Explosionsrisiko 270</p> <p>12.15 Korrosion der Interzellverbinder 270</p> <p>12.16 Betriebsstrategien und konstruktive Auswirkungen für Blei-Säure-Batterien 272</p> <p>12.17 Zustandsbestimmung 274</p> <p>12.17.1 Ladezustand 274</p> <p>12.17.2 Kapazität bzw. State of Health 276</p> <p>12.18 Sicherheit 277</p> <p>12.18.1 Explosionsrisiko durch Knallgas 277</p> <p>12.18.2 Wässrige Schwefelsäure 278</p> <p>12.18.3 Umgang mit Blei 279</p> <p>12.19 Batterieprobleme 279</p> <p>Literatur 280</p> <p>Aufgaben 283</p> <p><b>13 Lithium-Ionen-Batterien 287</b></p> <p>13.1 Einführung und wirtschaftliche Bedeutung 288</p> <p>13.2 Elektrochemie 288</p> <p>13.2.1 Grundprinzip 288</p> <p>13.2.2 Übersicht über aktive Komponenten 290</p> <p>13.2.3 Übersicht über die wichtigsten Reaktionen an der positiven und negativen Elektrode 291</p> <p>13.2.4 Nebenreaktionen 293</p> <p>13.2.5 Überlade- und Überentladereaktionen 294</p> <p>13.3 Aktivmaterialien 294</p> <p>13.3.1 Kathodenmaterialien 294</p> <p>13.3.2 Anodenmaterialien 297</p> <p>13.3.3 Ionenleitfähigkeit der Aktivmassen 301</p> <p>13.4 Elektrolyt 301</p> <p>13.4.1 Grundsätzliches 301</p> <p>13.4.2 Organische Lösungsmittel 302</p> <p>13.4.3 Weitere Bestandteile 303</p> <p>13.5 Solid-electrolyte interface (SEI) und die Bedeutung für die Lithium-Ionen-Batterie 305</p> <p>13.6 Stromkollektoren 307</p> <p>13.7 Produktion von Elektroden 308</p> <p>13.8 Separatoren 309</p> <p>13.9 Sicherheitsmaßnahmen 310</p> <p>13.10 Bauformen von Lithium-Ionen-Batterien 312</p> <p>13.10.1 Aufbau von Zellen 312</p> <p>13.10.2 Aufbau von Modulen und Batterien 315</p> <p>13.11 Auslegung und konstruktive Unterschiede bei verschiedenen Anwendungen 316</p> <p>13.11.1 Auslegung von Zellen 316</p> <p>13.11.2 Elektrotraktionsbatterien 318</p> <p>13.11.3 Starterbatterien 318</p> <p>13.11.4 Batterien für stationäre bzw. ortsfeste Anlagen 319</p> <p>13.11.5 Consumer-Batterien 320</p> <p>13.12 Eigenschaften 321</p> <p>13.12.1 Entladeverhalten und Kapazität 321</p> <p>13.12.2 Kapazitätsangabe und Kapazitätsmessung 322</p> <p>13.12.3 Überwachungsanforderungen 322</p> <p>13.13 Innenwiderstandsmessung 323</p> <p>13.14 Laden und Ladekennlinien 323</p> <p>13.14.1 Ladekennlinien 323</p> <p>13.14.2 Vollladung 324<br /> <br /> 13.14.3 Festkörperdiffusion beim Entladen und Laden 324</p> <p>13.14.4 Laden bei tiefen Temperaturen 325</p> <p>13.14.5 Schnellladen 325</p> <p>13.15 Alterungseffekte 325</p> <p>13.15.1 Alterungseffekte allgemein 325</p> <p>13.15.2 Alterung der Kathode 326</p> <p>13.15.3 Alterung der Anode 327</p> <p>13.15.4 Alterung im Elektrolyt 330</p> <p>13.15.5 Korrosion des Separators 331</p> <p>13.15.6 Sonstige Alterungseffekte 331</p> <p>13.16 Einfluss kalendarischer und zyklischer Alterung und Modellierung 331</p> <p>13.16.1 Alterung und die Notwendigkeit ihrer Modellierung 331</p> <p>13.16.2 Modellierung und Simulation von Alterung 332</p> <p>13.16.3 Quantitative Modellansätze zur Beschreibung von Alterung 335</p> <p>13.17 Batteriemanagementsysteme und Batteriebetriebsstrategien 336</p> <p>13.17.1 Generelles 336</p> <p>13.17.2 Technische Realisierungen von Batteriemanagementsystemen für Lithium-Ionen-Batterien 337</p> <p>13.17.3 Balancing 339</p> <p>13.17.4 Datenanalyse und Fehlererkennung 340</p> <p>13.17.5 Integration von Kühlung und Heizung 341</p> <p>13.18 Zustands- und Parameterbestimmung 341</p> <p>13.18.1 Ladezustand 341</p> <p>13.18.2 Kapazität, Innenwiderstand bzw. State of Health 342</p> <p>13.19 Sicherheit 343</p> <p>13.19.1 Allgemeine Sicherheitsaspekte 343</p> <p>13.19.2 Missbrauchstests 344</p> <p>13.20 State of Safety 346</p> <p>13.20.1 Generelle Situation 346</p> <p>13.20.2 Gefährdungs- und Sicherheitsstufen 346</p> <p>13.20.3 Sicherheitsgrenzen 348</p> <p>13.20.4 Definitionsversuche 349</p> <p>13.21 Interne Kurzschlüsse 350</p> <p>13.22 Thermal Runaway und thermische Propagation 351</p> <p>13.22.1 Problematik und Feldsituation 351</p> <p>13.22.2 Thermal runaway 353</p> <p>13.22.3 Thermische Propagation 357</p> <p>13.23 Sicherheitsengineering 361</p> <p>13.24 Batterieprobleme 362</p> <p>Literatur 365</p> <p>Aufgaben 367</p> <p><b>14 Andere Batterietechnologien 369</b></p> <p>14.1 Alkalische Nickel-Batterien 370</p> <p>14.1.1 Generelles 370</p> <p>14.1.2 Physikalisch-chemische Grundlagen 370</p> <p>14.1.3 Zellaufbau 372</p> <p>14.1.4 Batterieeigenschaften 374</p> <p>14.1.5 Alterungsverhalten 374</p> <p>14.1.6 Sicherheitsaspekte 376</p> <p>14.1.7 Optimaler Betrieb 377</p> <p>14.1.8 Ausblick 377</p> <p>14.2 Zink-Luft-Batterien 378</p> <p>14.2.1 Generelles 378</p> <p>14.2.2 Physikalisch-chemische Grundlagen 378</p> <p>14.2.3 Zellaufbau 379</p> <p>14.2.4 Eigenschaften 379</p> <p>14.2.5 Alterungsverhalten 379</p> <p>14.2.6 Optimaler Betrieb 380</p> <p>14.2.7 Sicherheitseigenschaften 380</p> <p>14.2.8 Ausblick 380</p> <p>14.3 Redox-Flow-Batterien 380</p> <p>14.3.1 Generelles und physikalisch-chemische Grundlagen 380</p> <p>14.3.2 Ausblick 381</p> <p>14.4 Hochtemperaturbatterien 382</p> <p>14.4.1 Generelles 382</p> <p>14.4.2 Physikalisch-chemische Grundlagen 382</p> <p>14.4.3 Zellaufbau 383</p> <p>14.4.4 Eigenschaften 383</p> <p>14.4.5 Alterungserscheinungen 383</p> <p>14.4.6 Sicherheitseigenschaften 383</p> <p>14.4.7 Optimaler Betrieb 383</p> <p>14.4.8 Ausblick 384</p> <p>14.5 Lithium-Feststoffelektrolyt-Batterien 384</p> <p>14.5.1 Generelles 384</p> <p>14.5.2 Physikalisch-chemische Grundlagen 385</p> <p>14.5.3 Ausblick 385</p> <p>14.6 Lithium-Schwefel-Batterien 386</p> <p>14.6.1 Generelles 386</p> <p>14.6.2 Physikalisch-chemische Grundlagen 387</p> <p>14.6.3 Ausblick 387</p> <p>14.7 Lithium-Luft-Batterien 388</p> <p>14.7.1 Generelles 388</p> <p>14.7.2 Physikalisch-chemische Grundlagen 389</p> <p>14.7.3 Aktueller Stand 389</p> <p>14.8 Natrium-Luft-Batterien 390</p> <p>14.8.1 Generelles 390</p> <p>14.8.2 Physikalisch-chemische Grundlagen 390</p> <p>14.8.3 Ausblick 390</p> <p>14.9 Ultrakondensatoren und Hybridbatterien 390</p> <p>14.9.1 Generelles 390<br /> <br /> 14.9.2 Physikalisch-chemische Grundlagen 391</p> <p>14.9.3 Hybride Batteriekonzepte 392</p> <p>Literatur 392</p> <p>Aufgaben 393</p> <p><b>15 Übersicht über Anwendungen 395</b></p> <p>15.1 Allgemeine Bemerkungen 396</p> <p>15.2 Leistungsverlauf 397</p> <p>15.2.1 Gleichzeitige Verbindung von Batterien mit Ladegerät und Lasten 397</p> <p>15.2.2 Zeitlich getrennte Verbindung von Batterien mit Ladegerät und Last 400</p> <p>15.3 Ladezustand und Restkapazität 400</p> <p>15.4 Wirkungsgrad 400</p> <p>15.4.1 Wirkungsgrad bei zyklischer Belastung 401</p> <p>15.4.2 Stand-by-Verluste 402</p> <p>15.4.3 Relevanz des Wirkungsgrades der Batterie 402</p> <p>15.5 Sicherheit und umweltverträglicher Umgang mit Batterien 403</p> <p>15.6 Unterteilung in Anwendungsbereiche 403</p> <p>15.6.1 Starterbatterien für Fahrzeuge (starting, lighting, ignition, SLI) 404</p> <p>15.6.2 Batterien für die Elektromobilität 404</p> <p>15.6.3 Batterien für Flurförderzeuge für den innerbetrieblichen Transport 404</p> <p>15.6.4 Stationäre Anwendungen 405</p> <p>15.6.5 Batterien für portable Geräte (Werkzeuge, Kommunikationsendgeräte etc.) 405</p> <p>Literatur 405</p> <p>Aufgaben 406</p> <p><b>16 Starterbatterien für Fahrzeuge (starting, lighting, ignition, SLI) 407</b></p> <p>16.1 Begriffsbestimmung 407</p> <p>16.2 Anforderungen an die Batterie 408</p> <p>16.3 Wahl der Batterietechnologie 412</p> <p>16.4 Auslegung und Betrieb 414</p> <p>16.5 Überwachung der Batterie 416</p> <p>16.6 Sonstiges 417</p> <p>Literatur 417</p> <p>Aufgaben 417</p> <p><b>17 Batterien für die Elektromobilität 419</b></p> <p>17.1 Begriffsbestimmung 419</p> <p>17.2 Anforderungen an die Batterie 421</p> <p>17.3 Wahl der Batterietechnologie 424</p> <p>17.4 Aufbau des Batteriesystems 425</p> <p>17.5 Auslegung und Betrieb 426</p> <p>17.6 Überwachung der Batterie 430</p> <p>17.7 Sonstiges 431</p> <p>Literatur 432</p> <p>Aufgaben 433</p> <p><b>18 Traktionsbatterien für den innerbetrieblichen Transport 435</b></p> <p>18.1 Flurförderzeuge für den innerbetrieblichen Transport 435</p> <p>18.1.1 Anforderungen 436</p> <p>18.1.2 Wahl der Batterietechnologie 436</p> <p>18.1.3 Betrieb 438</p> <p>18.1.4 Überwachung von Batterien 444</p> <p>18.2 Kleintraktionsbatterien 444</p> <p>18.2.1 Anforderungen 445</p> <p>18.2.2 Wahl der Batterietechnologie 445</p> <p>18.2.3 Betrieb 445</p> <p>Literatur 445</p> <p><b>19 Stationäre Anwendungen von Batterien 447</b></p> <p>19.1 Bereitschaftsparallelbetrieb für Netzersatz- und USV-Anlagen 448</p> <p>19.1.1 Begriffsklärung 448</p> <p>19.1.2 Anforderungen 450</p> <p>19.1.3 Wahl der Batterietechnologie 451</p> <p>19.1.4 Auslegung 452</p> <p>19.1.5 Betrieb 453</p> <p>19.1.6 Überwachung der Batterie 454</p> <p>19.1.7 Sonstige Informationen 460</p> <p>19.2 Dieselstart bei Netzersatzanlagen 460</p> <p>19.2.1 Anforderungen 461</p> <p>19.2.2 Wahl der Batterietechnologie 462</p> <p>19.2.3 Wartung und Fehlerdiagnose 463</p> <p>19.3 Batterien für den zeitlichen Ausgleich von Stromnachfrage und -angebot 463</p> <p>19.3.1 Anwendungsgruppen 463</p> <p>19.3.2 Anforderungen 465</p> <p>19.3.3 Wahl der Batterietechnologie 466</p> <p>19.3.4 Auslegung 467</p> <p>19.3.5 Betriebsstrategie 469</p> <p>19.3.6 Überwachung 470</p> <p>19.4 Batterien für die Stabilisierung des Energieversorgungssystems 470</p> <p>19.4.1 Beispiele für große Batteriespeicher auf der Welt und Bewertung 470</p> <p>19.4.2 Anforderungen 471</p> <p>19.4.3 Wahl der Batterietechnologie 472</p> <p>19.4.4 Sonstiges 472</p> <p>Literatur 473</p> <p>Aufgaben 473</p> <p><b>20 Batterien für portable Anwendungen 477</b></p> <p>20.1 Begriffsbestimmung 477</p> <p>20.2 Anforderungen an die Batterie 478</p> <p>20.3 Wahl der Batterietechnologie 479<br /> <br /> 20.4 Auslegung und Betrieb 480</p> <p>20.5 Überwachung der Batterien 481</p> <p>20.6 Sonstiges 481</p> <p>Literatur 482</p> <p>Aufgaben 482</p> <p><b>Anhang A Übersicht über Begriffe 483</b></p> <p><b>Anhang B Sicherer und umweltverträglicher Umgang mit Batterien 495</b></p> <p>B.1 Generelles 495</p> <p>B.2 Elektrische Sicherheit 496</p> <p>B.3 Brandschutz 499</p> <p>B.4 Explosionsschutz 500</p> <p>B.4.1 Explosionsschutz bei Blei-Säure-Batterien 501</p> <p>B.4.2 Explosionsschutz bei Lithium-Ionen-Batterien 504</p> <p>B.5 Bauliche Maßnahmen und Transport 504</p> <p>B.6 Umweltbelastung und Entsorgung 505</p> <p>Literatur 505</p> <p><b>Anhang C Normenübersicht 507</b></p> <p><b>Anhang D Elektrochemische Impedanzspektroskopie (EIS) 513</b></p> <p>D.1 Begriffsübersicht 513</p> <p>D.2 Ergebnisdarstellung 515</p> <p>D.3 Bestimmung von Zellparametern mittels Impedanzspektroskopie 516</p> <p>D.4 Qualität der Parameterbestimmung 522</p> <p>Literatur 524</p> <p>Anhang E Säureschichtung 525</p> <p>Literatur 529</p> <p>Stichwortverzeichnis 531</p>