Production of Nickel‐Rich Cathodes for Lithium‐Ion Batteries from Lab to Pilot Scale under Investigation of the Process Atmosphere

The selection of an appropriate cathode active material is important for operation performance and production of high-performance lithium-ion batteries. Promising candidates are nickel-rich layered oxides like LiNi$_x$Co$_y$Mn$_z$O$_2$ (NCM, x+y+z=1) with nickel contents of ‘x’ ≥ 0.8, characterized by high electrode potential and specific capacity. However, these materials are associated with capacity fading due to their high sensitivity to moisture. Herein, two different polycrystalline NCM materials with nickel contents of 0.81 ≤ ‘x’ ≤ 0.83 and protective surface coatings are processed in dry-room atmosphere (dew point of supply air T$_D$ ≈ −65 °C) at lab scale including the slurry preparation and coating procedure. In comparison, cathodes are produced in ambient atmosphere and both variants are tested in coin cells. Moreover, processing at pilot scale in ambient atmosphere is realized successfully by continuous coating and drying of the cathodes. Relevant electrode properties such as adhesion strength, specific electrical resistance, and pore-size distribution for the individual process steps are determined, as well as the moisture uptake during calendering. Furthermore, rate capability and cycling stability are investigated in pouch cells, wherein initial specific discharge capacities of up to 190 mAh g$^{−1}$ (with regard to the cathode material mass) are achieved at 0.2C

Echzeitsimulation für Schutz- und Stationsleittechnik mit Matlab/Simulink

Es handelt sich um eine Arbeit im Rahmen des BMBF-Programm "Anwendungsorientierte Forschung und Entwicklung an Fachhochschulen". Schutz und Steuerung spielen eine entscheidende Rolle bei der Automatisierung in der elektrischen Energieversorgung. Moderne Geräte sind Mikrorechnergesteuert, und ihre korrekte Funktion wird bestimmt durch das Zusammenwirken ihrer Hardware und Software mit der Hochspannungsanlage. Zudem ist die Software für den individuellen Einsatz parametriert. Untersuchungen mit realen Schutz- und Steuerungseinrichtungen an realen Anlagen sind aufwendig und riskant. Gewonnene Betriebserfahrungen kommen häufig erst nach einem Schadensereignis. Dagegen ermöglichen Simulationen breit abgestützte Untersuchungen realer Betriebs- und Fehlerfälle im Voraus. Sie unterstützen damit nicht nur kurze Entwicklungs-, Projektierungs- und Inbetriebnahmezeiten, sondern tragen auch zur sicheren, zuverlässigen und kostengünstigen Stromversorgung bei. Simulationen sind aus unterschiedlichen Blickwinkeln sinnvoll: • Planung und Projektierung von Hochspannungsanlagen mit den zugehörigen Schutz- und Leitsystemen • Ereignisgenaue und präzise Analyse von Störungen, z.B. nach einem Leitungsausfall oder einem Blackout • Entwicklung von Schutz- und Steuergeräten und -systemen einschließlich Hardware, Software und Firmware • Ausbildung, Training, Beratung. Aufgabe des Projekts ist die Erprobung eines Echtzeitnetzmodells für typische Schutztechnik-Anwendungen. Im Gegensatz zu bekannten Energietechnik- und Schutztechnik-spezifischen Lösungen soll die Simulation auf der Basis des in der gesamten Technik weit verbreiteten Werkzeugs Matlab/Simulink einschließlich SimPowerSystems (frühere Bezeichnung: Power System Blockset) basieren. Zunächst soll ein vollständiges Simulationssystem einschließlich Schutzgeräten in Betrieb genommen werden. Dafür ist die Simulationsrechner-Hardware mit möglichst hoher Rechenleistung einschließlich geeigneter Interfacekarten für die Analogausgaben und die digitalen Schnittstellen zum Projektbeginn neu zu beschaffen. Die Untersuchung des Echtzeit-Netzmodells soll anhand typischer Netzkonfigurationen mit entsprechenden Schutzanwendungen erfolgen, z.B.: Hochspannungs-Doppelleitung mit Kurzschluss oder Pendelungen; Generator-Einspeisung, auch mit motorischen Verbrauchern und Umschaltvorgängen. Damit sollen die wesentlichen Möglichkeiten und Grenzen der Simulation festgestellt werden: • Korrektheit und Genauigkeit der Simulation • Anforderungen an Simulations-Rechnerhardware abhängig von Modellgröße, Frequenzbereich bzw. Zeitschrittweite • Möglichkeiten für Echtzeit- und Offline-Simulation auf Basis derselben Modellparameter • Integration von Schutzalgorithmen und -geräten in die Simulation (anstelle realer Geräte) • Erweiterbarkeit und Offenheit, z.B. betreffend Wide-Area-Protection, Simulation von Stromwandlern mit Sättigung, Modellierung von nicht in der Bibliothek verfügbaren Komponenten, Anlagen mit mehreren und verschiedenartigen Schutz-, Steuer- und Leitsystemkomponenten Simulation für Schutz- und Stationsleittechnik mit Matlab/Simulink Seite 4 • Bedienungsfreundlichkeit • Geeignete Visualisierung, Archivierung und Dokumentation • Kosten • Empfehlungen für den Einsatz

Frequenzmessung beim Lastabwurf

Der automatische Lastabwurf ist eine der letzten Mass­nahmen des System­schutzes in Stromnetzen, die das Gesamt­system vor einem totalen Netz­zusammen­bruch retten kann. Entsprechend wichtig ist es bei diesem System, weder von Unter- noch von Über­funktionen «überrascht» zu werden. Studien­ergebnisse einer FNN-Arbeits­gruppe werden hier präsentiert

Demonstrations- und Testsystem für Schutz und Automatisierung im "Smart Grid"

Posterbeitra