Batterietechnologie

In der Batterieindustrie wird unermüdlich geforscht, um zukünftige Energiespeichersysteme zu entwickeln. Diese Aufgabe stellt nach wie vor eine der entscheidenden technologischen Herausforderungen dar. Zu diesem Zweck sind eine Reihe von Analysen essentiell, wie zum Beispiel die Charakterisierung von Produktreaktionseffekten auf Elektrodenoberflächen- und Grenzflächenbereichen erzeugt werden. Dies erfordert analytische Techniken, die chemische Zustände mit hoher Empfindlichkeit und hoher räumlicher Auflösung unterscheiden können.
Dies hat zu intensiven Forschungen der Li-Ionen Batterien geführt, da diese mit ihrer hohen Leistungsdichte als Basis für Elektromobile und als Speichermedien für Smart-Grids vorgesehen sind. Die Leistungswerte von Li-Ionen Batterien, wie Lebensdauer, elektrischer interner Widerstand und Kapazität, sind eng mit der Mikrostruktur der Elektroden verbunden. Die "Solid Electrolyte Interphase"-Technologie (SEI) hat sich als entscheidend zur Leistungsverbesserung von Lithium-Ionen Batterien herausgestellt. Daher ist es wichtig die Mechanismen und Reaktionen vollständig zu verstehen, die zu SEI-Schichten auf den Elektroden in Li-Ionen Batterien führen.
  • TESCAN bietet ein einzigartiges FIB-REM mit "Time-of-Flight" Sekundärionenmassenspektrometer (TOF-SIMS) Integration, welches es den Forschern in der Batterietechnologie erlaubt, hochauflösende Oberflächenanalysen wie Tiefenprofilierung und Elementverteilungskarten zu erzeugen.
  • Zusätzlich können die FIB-REM‘s LYRA3 und FERA3 eingesetzt werden, um FIB-Tomographie durchzuführen und damit die 3D-Struktur von Li-Ionen Batterie Elektroden während eines ausgedehnten Zyklus zu rekonstruieren.
  • Die 3D Tomography Advanced Software kombiniert 2D-Abbildungen von mikroanalytischen Signalen, um 3D-EDX- und 3D-EBSD-Analysen zu ermöglichen.
  • Die hochauflösende Bildgebung zeigt mikrostrukturelle Informationen des Batterie-Verbundgerüsts, das aus den sphärischen Mikropartikeln des aktiven Materials besteht, die von der Polymermatrix zusammengehalten werden.
Batterietechnologie
3D-FIB-REM-Rekonstruktionen von Elektroden in verschiedenen Durchlaufphasen: In Form aktiver Partikel (links), Porosität mit Ruß und anderen nicht aktiven Materialien (Mitte) und die Verbindung zwischen den Phasen (rechts). Mit freundlicher Genehmigung von Dr. Bohang Song, the University of Oxford.

Applikationssbeispiele (in Englisch)

Multi-Modal FIB-SEM Analysis of Li-Ion Batteries
Lithium ion batteries are a leading energy storage technology for electronic portable devices and hybrid electric vehicles. Simultaneous characterization of the structure, chemical composition and elemental distribution in Li-ion battery materials can reveal the relationship between Li-ion transport, structural effects (phase transformation, internal stress), and battery performance and its degradation.
pdf – 1,6 MB
FIB cross-section of a Li-ion battery electrode after 15 charging cycles with visible cracking due to structural degradation
FIB cross-section of a Li-ion battery electrode after 15 charging cycles with visible cracking due to structural degradation