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LiFePo4 - Batterieentladung Erklärung der Kurve

hier kann man Fragen zur physikalischen Chemie stellen

Moderator: Chemiestudent.de Team

Gast

LiFePo4 - Batterieentladung Erklärung der Kurve

Beitragvon Gast » 12.07. 2011 13:03

Hallo Leute,

ich komme nicht vom Fach Chemie, würde aber gerne die chemischen oder physikalischen Ursachen dafür herausfinden, warum eine LiFePo4-Zelle eine so flache Entladekurve hat und erst zum Schluss dann so abrupt einbricht.

Bei normalen Batterien/Akkus ist es normalerweise so, dass die Spannung aufgrund immer weniger werdendem Reaktionsmaterial eher kontinuierlich abfällt.

Ein guter Link dazu:
http://books.google.de/books?id=z36wP24 ... &q&f=false
Dort sieht man den Aufbau als Olivinstruktur.

http://books.google.com/books?id=_UdDQg ... &q&f=false
Dort sieht man die Grundlegende Reaktionsgleichung.

Hinzuzufügen ist, dass die Kathode aus Nanophosphat aufgebaut wurde, damit die hohen Entladungsfaktoren (große Stromsträrken von bis zu 100 C [1/Stunden] bei kleiner Kapazität) erreicht werden konnten. Ich weiß nicht, ob es was damit zu tun hat. Im Inneren ist ein Separator aus Kunststoff, welcher nur Lithium-Ionen durchlässt.

Für Anregungen, Quellen und sonst alle Hinweise wäre ich total dankbar.

Liebe Grüße

Echem

Re: LiFePo4 - Batterieentladung Erklärung der Kurve

Beitragvon Echem » 12.07. 2011 23:05

meine anregung: schau dir mal die gibbsche phasenregel, sowie ein phasendiagramm von LFP an ....
im vorraus entschuldigung für den seitenhieb, aber gerade meinen wohl alle etwas mit lithium-ionen batterien machhen zu müssen :D

Gast

Re: LiFePo4 - Batterieentladung Erklärung der Kurve

Beitragvon Gast » 13.07. 2011 01:09

Echem hat geschrieben:meine anregung: schau dir mal die gibbsche phasenregel, sowie ein phasendiagramm von LFP an ....
im vorraus entschuldigung für den seitenhieb, aber gerade meinen wohl alle etwas mit lithium-ionen batterien machhen zu müssen :D


War ja kein Seitenhieb, nur ne Feststellung :D
Danke aber vielmals für den Tipp.

Gibbs-Phasenregel:
"Ein thermodynamisches System besteht entweder aus einer oder aus mehreren Phasen (P). Unter Phase versteht man einen Bereich, innerhalb dessen keine sprunghaften Änderungen irgendeiner physikalischen Größe auftreten, an deren Grenze jedoch solche Änderungen zu beobachten sind."

Zum Phasendiagramm: http://authors.library.caltech.edu/3083/1/DODessl06.pdf (Figure 6)

Die Physikalische Größe, die sich hier ändert, ist die Temperatur T.
Frage: Wann komme ich in so eine Grenze?

"Die Gibbs-Phasenregel gibt die Freiheitsgrade (F) an, d.h. die Anzahl der Zustandsvariablen, die unabhängig voneinander variieren können, ohne dass dadurch eine der Phasen verschwindet." F=K−P+2 = ?????


Das Phasendiagramm hat 2 Bereiche, in denen sich die Temperatur wenig ändert.->P=2
Es gibt 4 verschiedene chemische Komponenten Li + Fe+ P + O ->K=4

Folgt: F =4-2+2=4 ... daher können alle 4 Stoffe voneinander unabhängig variieren. Ich habe nicht wirklich eine Ahnung, worum es hier geht und was mir das jetzt sagen soll. Wie kann eine Phase "verschwinden"? Es kann doch nur immer einen Phasensprung geben, denke ich jetzt.

Gast

Re: LiFePo4 - Batterieentladung Erklärung der Kurve

Beitragvon Gast » 14.07. 2011 14:45

"A flat charge–discharge profile over a large range indicates that the redox reaction of the LiFePO4 proceeds as a two-phase reaction."

"The red nodes on the phase diagram represent phases that are calculated to be stable under the given conditions." -> LiFePO4 ist eine Phase (Zustand)

Zum Phasendiagramm: h**p://authors.library.caltech.edu/3083/1/DODessl06.pdf (Figure 6) -> Bei Temperaturänderung über 220°C verändert sich die Phase (in den Zustand LixFePO4 [x steht für eine beliebige Zahl, ausser 1]) und ist daher nicht mehr stabil.
"Above 300°C, the disordered phase dominates" ->FePo4 dominiert, wenn LiFePO4 über 300C erhitzt wird.

Mit dem Programm auf Seite: http://www.materialsgenome.org/app/pdapp/#
habe ich mir die Phasen '(von Li Fe P O) berechnen /anzeigen lassen.
Stabile Phasen: LiFePO4, FePO4
LixFePO4 - Phasen habe ich nicht aufgelistet bekommen, nur so etwas wie Li3Fe2(Po4)3 als instabile Phase.

Jedenfalls wechselt LiFePO4 zu FePO4, wenn es über 300°C erhitzt wird und welchselt somit von einer stabilen in die andere stabile Phase.

Bin ich total auf dem Holzweg? Was hat denn die Temperatur mit der Entladekennlinie zu tun?
Wechselt die Phase auch etwa zu FePO4, wenn man die Spannung erniedrigt?

http://www.materialsgenome.org/app/docs ... ations.pdf - > der Link zeigt auf Table 1, dass LiFePO4 eine um ca. 3,544 eV geringere Formationsenergie hat, als FePO4.


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