Energiedichte (ED): Gravimetrische ED, Spezifische ED & Volumetrsiche ED

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Was ist die Energiedichte in einer Batterie?

In Kürze

Die Energiedichte beschreibt die Menge Energie, die in einer Batterie pro Masse oder pro Volumen gespeichert werden kann.

Also die Energiemenge pro kg (Wh/kg) oder die Energiemenge pro Liter (Wh/L)

Welche Energiedichte gibt es?

Die volumetrische Energiedichte (Wh/L)

Die Energiedichte, oder volumetrische Energiedichte, spiegelt die Menge gespeicherte Energie pro Volumen in Litern (Wh/L) wider.

Produkte, die lange Laufzeiten bei mässiger Belastung benötigen, werden auf hohe Energiedichte optimiert; die Fähigkeit, hohe Stromlasten zu liefern, kann eher vernachlässigt werden. Elektroautos benötigen Lithium-Ionen Batterien mit einer hohen Energiedichte, da ein Pkw in der Regel lange und konstant fahren will.

Für Elektroautos ist die volumetrische Energiedichte wichtiger als die spezifische Energiedichte, da der Platz für die Batterie beschränkt ist. Für die elektrische Aviatik und Luftfahrt allgemein ist die spezifische Energiedichte von hoher Relevanz, da die Gravitation stetig überwunden werden muss.

Spezifische Energiedichte oder gravimetrische Energiedichte (Wh/kg)

Die spezifische Energiedichte, oder gravimetrische Energiedichte, definiert die in der Batterie enthaltene Energiemenge in pro Gewicht (Wh/kg);

Für die elektrische Aviatik und Luftfahrt allgemein ist die spezifische Energiedichte von hoher Relevanz, da die Gravitation stetig überwunden werden muss. Auch in Laptops ist eine hohe gravimetrische Energiedichte gewünscht, damit der Computer in der Tasche nicht zu schwer wird.

Wann und wo ist die Energiedichte wichtig?

Energiedichte im «Battery-Pack»

Oft wird die Energiedichte des Batteriepacks angegeben. In dieser Zahl ist, sind dann alle Komponenten eines Battery-Packs berücksichtigt. Diese Energiedichte des «Battery-Packs» ist sinnvoll beim Endverbraucher, da man diese Energiedichte auch im Elektroauto oder einem anderen Gerät effektiv verbaut. Die hohe Energiedichte in LIB Battery Packs ist unter anderem verantwortlich für die gute Umweltbilanz in Pkws.

Energiedichte in der «nackten Batteriezelle»

In der Entwicklung und im Fachhandel wird oft die Energiedichte der «nackten batteriezelle» (Englisch: «bare cell» angegeben. Diese ist höher als die Energiedichte des Battery-Packs, weil Bauteile wie ein BMS, Metallkomponenten, Dichtungsmaterialien, Klebstoffe, Wärmeleitpasten und Isolationsmaterialien, die keine Energie speichern, nicht in der Energiedichte mit einberechnet sind.

Hier werden folgenden Kompetenten mit einberechnet: aktive Elektrodenmaterialien, Stromleiterfolien, Elektrolyte, Separator und eine einfache Zell-Umhüllung.

Energiedichte im «Elektroden-Material»

Die meist höchste Energiedichte wird von Forschern angegeben, die ein spezifisches Material untersuchen und entwickeln. Hier wird grösstenteils nur die Masse des zu untersuchenden AKTIVEN Elektrodenmaterial berücksichtigt (ohne Additive, Stromabnehmerfolie, Elektrolyte, Separator und aktive Gegenelektrode).

Dies ist gerechtfertigt, da man in der Wissenschaft einzelne Materialien untersuchen und vergleichen will.

Für die Forscher und Leser der Forschungsresultate ist es aber notwendig, immer genau zu beschreiben, welche Zell-Komponenten in Berechnungen für die Energiedichte, Leistung und Kapazität berücksichtigt wurden.

In symmetrisch konfigurierten Superkondensatoren wird die Energiedichte durch Messung der Doppelschicht-Kapazität der Kohlenstoffe-Elektroden bestimmt.

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