Theoretische Berechnung der elektrochemischen Energiespeicherung

Institut für Theoretische Chemie Theoretische Betrachtungen der elektrochemischen Nanostrukturierung und der Dynamik metallischer Oberflächen Dissertation zur Erlangung des Doktorgrades Dr. rer. nat. der Fakultät für Naturwissenschaften der Universität Ulm vorgelegt von Kay Peter Pötting aus Bonn 2015

Wie funktioniert die Energiespeicherung?

Die Energiespeicherung beruht auf der Umwandlung von Nickelhydroxid zum Nickeloxyhydroxid an der positiven Elektrode, bei der ein formaler Wertigkeitswechsel des Nickels von + 2 zu + 3 eintritt. An der negativen Elektrode wird beim Laden Cadmiumhydroxid (Cadmium mit der Wertigkeit + 2) zu metallischem Cadmium (Wertigkeit 0) umgewandelt.

Was ist ein elektrochemischer Energiespeicher?

Elektrochemische Energiespeicher werden durch die Begriffe Batterien und Akkumulatoren beschrieben. Elektrochemische Systeme bestehen aus Elektroden, die über einen Elektrolyten als ionenleitende Phase miteinander verbunden sind.

Wie berechnet man die elektrische nutzbare Energie?

Die elektrisch nutzbare Energie ergibt sich aus der freien Enthalpie (Gibbs’sche Energie) der Zellreaktion. Mit der Beziehung der Zellspannung zur freien Reaktionsenthalpie erhält man die Anbindung der elektrischen Größen an die Beziehungen der chemischen Thermodynamik:

Was ist der Unterschied zwischen elektrochemischen und thermischen energiespeicherungen?

Ein Vorteil der elektrochemischen Energiespeicherung gegenüber thermischen Prozessen ist die isotherme Prozessführung und damit die Nicht-Abhängigkeit des Umwandlungswirkungsgrads von der Carnot’schen Begrenzung (z. B. Wärmekraftmaschine). Für die Energiespeicherung in Batterien lassen sich verschiedene Kriterien für den Wirkungsgrad angeben.

Was sind die wesentlichen Kenngrößen der Energiespeicher?

Die wesentlichen Kenngrößen der Energiespeicher sind ihre Spannungslage und der Energieinhalt. Die Spannungslage ergibt sich aus der Differenz der Elektrodenpotenziale und somit aus der Art der eingesetzten Elektroden. Je nach betrachtetem System werden Spannungsgrenzen für den Lade- und Entladeprozess vorgegeben.

Was ist die Diskrepanz zwischen theoretischer und praktischer Energiedichte?

Diese Diskrepanz zwischen theoretischer Energiedichte und praktisch erzielter Energiedichte findet sich dementsprechend bei allen Batteriesystemen wieder. Für jede Lithiumionen-Zelle gibt es in Abhängigkeit der verwendeten Zellchemie Spannungsgrenzen, innerhalb der die Zelle sicher betrieben werden kann.