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Main Title: Second life assessment of Lithium-ion cells obtained from portable electronics
Translated Title: Second-Life-Bewertung von Lithium-Ionen-Zellen aus tragbareren elektronischen Geräten
Author(s): Salinas, Felipe
Advisor(s): Kowal, Julia
Referee(s): Kowal, Julia
Park, Sangyoung
Sauer, Dirk Uwe
Granting Institution: Technische Universität Berlin
Type: Doctoral Thesis
URI: https://depositonce.tu-berlin.de/handle/11303/13091
http://dx.doi.org/10.14279/depositonce-11887
License: https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
Abstract: In the last decade, repurposing batteries obtained from electric vehicles as stationary energy storages has gained attention motivated by the life extension of lithium-ion batteries before recycling. This interest is also observed in initiatives which have downscaled this concept for batteries obtained from portable electronics, accounting today for most batteries sent to recycling. Independent of their source, repurposing lithium-ion batteries requires an efficient process for the collection, selection and adequacy to a second life that enables low-cost energy storages, that compete with the declining price and enhanced performance of new batteries, as well as improvements in recycling processes, which constrain the value of second life batteries. This thesis presents a novel methodology to grade second life batteries, consisting in the creation of a dataset to train a classification model that can be applied to a continued selection of aged batteries. Using this method, relevant features can be determined for a model, limiting test time and resulting in an expected classification accuracy, for a known performance under specific second life operating conditions. Reducing test time would reduce repurpose costs, whereas the performance-based classification would reduce the uncertainty of the lifespan under similar second life conditions, thus improving the salvage value of a battery. The method is applied to a dataset created during this research, containing measurements of 100 cells of the same type obtained from notebook batteries, for which information about its components, first life and degradation modes in a second life were investigated. Given the degradation dependency of the chemical composition and first life conditions in aging processes, the methodology provides a classification model specific to a lithium-ion cell type. The creation of collaborative datasets containing additional observations and cell types is briefly discussed for the implementation of the proposed method.
In den letzten Jahren hat die Wiederverwendung von Batterien aus Elektrofahrzeugen als stationäre Energiespeicher durch die Verlängerung der Lebensdauer von Lithium-Ionen-Batterien Aufmerksamkeit erregt. Dieses Interesse zeigt sich auch in Initiativen, die dieses Konzept für Batterien aus kleiner elektronischen Geräten umgesetzt haben. Die Wiederverwendung von Lithium-Ionen-Batterien erfordert einen effizienten Prozess für die Sammlung, Auswahl und Anpassung für ein zweites Leben, der kostengünstige Energiespeicher ermöglicht, die mit dem sinkenden Preis und der verbesserten Leistung neuer Batterien konkurrieren, und die Wert auf die Wiederverwendung übertragen. In dieser Arbeit wird eine Methode zur Einstufung von Second-Life-Batterien vorgestellt, die darin besteht, eine Datenbank zu erstellen, um ein Modell zu trainieren, das auf eine fortlaufende Auswahl gealterter Batterien angewendet werden kann. Mit dieser Methode können relevante Variablen für ein Modell bestimmt werden, wodurch Tests gealterter Batterien begrenzt werden können, und was zu einer erwarteten Genauigkeit für eine bekannte Leistung unter bestimmten Betriebsbedingungen des zweiten Lebens führt. Eine Verkürzung der Testzeit würde die Wiederverwendungskosten senken, während die leistungsbasierte Klassifizierung die Unsicherheit der Lebensdauer von Lithium-Ionen-Batterien unter ähnlichen Bedingungen der zweiten Lebensdauer verringern. Die Methode wird auf eine Datenbank angewendet, die während dieser Arbeit erstellt wurde und Vermessungen von 100 Zellen aus Notebook-Batterien enthält. Informationen zu ihren Komponenten, zum ersten Leben und zu den Degradationsmethoden nach der Wiederverwendung wurden untersucht. Angesichts der Abhängigkeit der Zellchemie und der Bedingungen des ersten Lebens von der Degradierung liefert die Methode ein für den Datenbank spezifisches Modell. Die Erstellung von Datenbanken mit anderen Zelltypen wird für die Umsetzung der Methode analysiert.
Subject(s): Lithium-ion
second life
reuse
circular economy
Wiederverwendung
Kreislaufwirtschaft
Issue Date: 2021
Date Available: 14-Jun-2021
Exam Date: 30-Apr-2021
Is Supplemented By: http://dx.doi.org/10.14279/depositonce-11469
Language Code: en
DDC Class: 542 Techniken, Ausstattung, Materialien
TU Affiliation(s): Fak. 4 Elektrotechnik und Informatik » Inst. Energie- und Automatisierungstechnik » FG Elektrische Energiespeichertechnik
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