Lokale, klein-skalige Kurzschlüsse

In Experimenten wurden beim Laden und Entladen von Flüssigmetallbatterien wiederholt Kurzschlüsse beobachtet. Dies äußert sich zum Beispiel durch einen plötzlichen Abfall der Zellspannung - wie in Abb. 1 gezeigt. Gleichzeitig kann auch eine Erwärmung der Batterie auftreten.

Zerlegt man die Zellen so findet sich bei einigen Batterien am Stromsammler der Anode das Kathoden-Metall. Abb. 2 zeigt ein Beispiel: die kleinen metallischen Abscheidungen bestehen aus einer Mischung von Li und Bi. Im normalen Betrieb wären solche Effekte nicht zu erwarten - und können nur durch kleine, lokale Kurzschlüsse erklärt werden.

Solche kleinskaligen Kurzschlüsse können u. a. durch eine unzureichende Benetzung der Stromsammler durch das Flüssigmetall erklärt werden. Abb. 3 zeigt ein Beispiel: da hier das flüssige Li den Draht nicht benetzt, bilden sich große Li-Perlen die potentiell einen Kurzschluss auslösen können.

Publikationen

• Duczek, C.; Horstmann, G. M.; Ding, W.; Einarsrud, K. E.; Gelfgat, A. Y.; Godinez-Brizuela, O. E.; Kjos, O. S.; Landgraf, S.; Lappan, T.; Monrrabal, G.; Nash, W.; Personnettaz, P.; Sarma, M.; Sommerseth, C.; Trtik, P.; Weber, N.; Weier, T.
  Fluid mechanics of Na-Zn liquid metal batteries
  Applied Physics Reviews 11(2024), 041326
• Bénard, S.; Weber, N.; Horstmann, G.M.; Landgraf, S.; Weier, T.
  Anode-metal drop formation and detachment mechanisms in liquid metal batteries
  Journal of Power Sources 510(2021) 230339