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Open Access
Pressure characteristics and chemical potentials of constrained LiFePO4/C6 cells
(2018) Singer, Jan Patrick; Kropp, Timo; Kuehnemund, Martin; Birke, Kai Peter
Constraining lithium-ion cells increases the cyclic lifetime. However, depending on an expected volume expansion during charge and discharge cycling, defining the optimal constraining pressure range is not straightforward. In this study, we investigate a lithium iron phosphate/graphite pouch cell at four initial constraining pressure levels. As a function of C-Rate, the thermodynamic principle of the non-monotonic pressure curve during full charge and discharge cycles is evaluated. Using the rubber balloon model to calculate the chemical potential of lithium iron phosphate and discussing the relationship between the chemical potential and pressure, we illustrate the pressure curve qualitatively. By applying differential pressure analysis, we evaluate the resulting pressure curves of a single graphite stage. Approaching a fundamental understanding of reduced cycling lifetime of full cells with unknown material composition, we allocate the stages and stage transitions of graphite as well as the phase transition of lithium iron phosphate. Local extreme values in the differential pressure analysis indicate phase and stage transitions. These values can identify critical operating conditions that should be considered for defining the optimum initial constraining pressure range.
Open Access
Quantifizierende Elektrolumineszenz für Silizium-Solarzellen und -module
(2019) Kropp, Timo; Werner, Jürgen H. (Prof. Dr. rer. nat. habil.)
Diese Arbeit präsentiert zwei neue Messmethoden auf Basis der Elektrolumineszenz zur Charakterisierung von Solarzellen und -modulen. Beide Methoden nutzen die Strominjektion, um ein Lumineszenzbild zu quantifizieren. Der Unterschied zwischen den Methoden besteht in der zeitlichen Variation der Strominjektion bzw. Stromextraktion. Bei der gepulsten Strominjektion sowie -extraktion hängt der zeitliche Verlauf der resultierenden Elektrolumineszenz von der effektiven Ladungsträgerlebensdauer in der untersuchten Solarzelle ab. Die eingeführte analytische Beschreibung der normierten periodischen Intensitätsdifferenz zwischen zwei unterschiedlich strommodulierten Lumineszenzbildern ist unabhängig von der Belichtungszeit der Bildaufnahme. Bei der zeitlich konstanten Strominjektion ist die Amplitude der Lumineszenzintensität zusätzlich durch den lokalen Serienwiderstand bzw. Parallelwiderstand einer Solarzelle bestimmt. Die zweite entwickelte Methode dieser Arbeit ist in der Lage, Leistungsverluste von Photovoltaikmodulen durch mechanische Defekte sowie potentialinduzierte Degradation anhand eines einzelnen Lumineszenzbildes quantitativ zu bewerten. Der durch einen Defekt hervorgerufene Leistungsverlust gegenüber der ursprünglich nach dem Datenblatt verfügbaren Leistung wird präzise vorhergesagt.