@misc{10481/72051,
year = {2021},
url = {http://hdl.handle.net/10481/72051},
abstract = {The demand for energy storage is increasing massively due to the
electrification of transport and the expansion of renewable energies.
Current battery technologies cannot satisfy this growing demand
because they are difficult to recycle, because the necessary raw materials
are mined under precarious conditions, and because the energy
density is insufficient. Metal-air batteries offer a high energy density
because there is only one active mass inside the cell and the cathodic
reaction uses the ambient air. Various metals can be used, but zinc is
very promising because of its disposability, non-toxic behavior, and because
operation as a secondary cell is possible. Typical characteristics
of zinc-air batteries are flat charge and discharge curves. On the one
hand, this is an advantage for the subsequent power electronics, which
can be optimized for smaller and constant voltage ranges. On the other
hand, the state determination of the system becomes more complex,
since the voltage level is not sufficient to determine the state of the
battery. In this context, electrochemical impedance spectroscopy is a
promising candidate since the resulting impedance spectra depend
on the state of charge, working point, state of aging, and temperature.
Therefore, in this thesis, an electrochemical model of the zinc-air
cell is developed and parameterized using measured electrochemical
impedance spectra. The modification of the parameters enables
to successfully determine the state of charge when the cell is being
discharged and provide a charge termination detection. In addition,
electrochemical impedance spectroscopy is combined with various
artificial intelligence techniques to also determine successfully the
state of charge during charging of the cell. Furthermore, an analysis of
the oxygen consumption and the cell performance at different oxygen
concentrations is performed, such that with a control of the electrolyte
management a demonstrator consisting of several zinc-air cells could
be successfully put into operation.},
abstract = {La demanda de almacenamiento de energía está aumentando masivamente
debido a la electrificación del transporte y la expansión de las
energías renovables. Las actuales tecnologías de baterías no pueden
satisfacer esta creciente demanda porque son difíciles de reciclar, porque
las materias primas necesarias se extraen en condiciones precarias
y porque la densidad energética es insuficiente. Las baterías metal-aire
ofrecen una alta densidad energética porque sólo hay una masa activa
dentro de la celda y la reacción catódica utiliza el aire del ambiente. Se
pueden utilizar varios metales, pero el zinc es muy prometedor por su
carácter desechable, su comportamiento no tóxico y porque es posible
su funcionamiento como celda secundaria. Una característica típica de
las baterías de zinc-aire son las curvas planas de carga y descarga. Por
un lado, esto es una ventaja para su uso en electrónica de potencia,
ya que puede optimizarse para rangos de tensión más pequeños y
constantes. Por otro lado, la determinación del estado del sistema se
vuelve más compleja, ya que el nivel de tensión no es suficiente para
determinar el estado de la batería. En este contexto, la espectroscopia
de impedancia electroquímica es un candidato prometedor, ya que los
espectros de impedancia resultantes dependen del estado de carga, el
punto de trabajo, el desgaste acutal y la temperatura. Por lo tanto, en
esta tesis se desarrolla y parametriza un modelo electroquímico de la
celda de zinc-aire utilizando los espectros de impedancia electroquímica
medidos. La modificación de los parámetros permite determinar
con éxito el estado de carga cuando la celda se está descargando y
proporcionar una detección de ausencia de carga. Además, la espectroscopia
de impedancia electroquímica se combina con varias técnicas
de inteligencia artificial para determinar también con éxito el estado
de carga durante la carga de la celda. Asimismo, se realiza un análisis
del consumo de oxígeno y del rendimiento de la celda a diferentes
concentraciones de oxígeno, de manera que, con un control de la
gestión del electrolito, se podría poner en funcionamiento con éxito
un moelo de demostración compuesto por varias celdas de zinc-aire.},
organization = {Tesis Univ. Granada.},
organization = {Projektträger ETN},
organization = {Leitmarktagentur.NRW EFRE-0800072 EFRE-0801585},
organization = {European Union},
publisher = {Universidad de Granada},
keywords = {Battery management},
keywords = {Rechargeable zinc-air batteries},
keywords = {Gestión de batería},
keywords = {Baterías recargables de zinc-aire},
title = {Battery management of rechargeable zinc-air batteries},
author = {Löchte, Andre},
}