Forschung im Bereich der Batterienutzung mit XRD

Vom spannenden Autorennen im Film bis hin zu aufregenden F1-Rennen! Wir können die Faszination von Autos nicht leugnen. Im Bereich der Automobilindustrie ist es wichtig, den Verbrauchern vertraute Leistung und Komfort zu bieten, während auf elektrische Energie und nachhaltige Energie umgestiegen wird. Es gibt keinen Grund, warum begeisterte ‚Benzinliebhaber‘ Elektroautos nicht mögen sollten!

Dies stellt die Wissenschaftler vor die Herausforderung, Wege zu finden, die Batterieleistung zu verbessern und gleichzeitig Sicherheit und Nachhaltigkeit zu gewährleisten.

XRD: Der Wert der Qualitätskontrolle tritt hervor.

In jedem Entwicklungs- oder Produktionsprozess ist eine Methode zur Messung der Qualität erforderlich, und Batteriematerialien sind keine Ausnahme. Um die Batterieleistung vorherzusagen, ist es wichtig zu wissen, was im Inneren des Materials passiert.

Röntgendiffraktometrie (XRD) ist eine zerstörungsfreie und vielseitige Technik, die zur Überwachung einer Vielzahl von Parametern wie Phasenzusammensetzung, Kristallitgröße und Orientierung, Graphitisierung und Kationenmischung eingesetzt werden kann. Nun wollen wir uns genauer ansehen, wie das Verständnis dieser Aspekte des Materials einen Mehrwert für die Arbeit liefert.

Die Phasenzusammensetzung der Batterieelektrodenmaterialien hat einen signifikanten Einfluss auf die elektrochemische Leistung und Stabilität der Batterie. Die XRD-Analyse identifiziert präzise, ob die Ausgangsmaterialien in die gewünschte Kristallphase umgewandelt wurden, was es ermöglicht, sicherzustellen, dass die Elektrode korrekt funktioniert. Eine präzise Phasenzusammensetzung garantiert, dass die Batterie die vorgesehene Kapazität und Lebensdauer hat. Eine ungewollte Phase kann die Effizienz und Lebensdauer der Batterie verringern.

Gleichzeitig beeinflusst die Kristallitgröße direkt, wie schnell sich Lithium-Ionen innerhalb der Batterie bewegen können, was sowohl die Ladegeschwindigkeit als auch die Gesamtkapazität der Batterie beeinflusst. Insbesondere bei Elektrofahrzeugen gehören Ladegeschwindigkeit und Kapazität zu den wichtigsten Faktoren für den Verbraucher, daher ist es wichtig, dies zu verstehen! Kleinere Kristallite können den Ionentransport verbessern und die Batterieleistung verbessern, insbesondere bei Anwendungen mit hoher Leistung.

Ein höher Orientierungsindex weist auf eine besser ausgerichtete Kristallstruktur hin, die einen reibungsloseren Elektronenfluss und eine dichtere Verpackung ermöglicht, wodurch die Energiekapazität verbessert wird. Der Orientierungsindex der Graphitpartikel in der Elektrodenbeschichtung beeinflusst beispielsweise die Energiedichte und elektrische Leitfähigkeit der Batterie.

Synthetischer Graphit ist ein häufiges Anodenmaterial, und der Grad der Graphitisierung bezieht sich darauf, wie gut die Kohlenstoffschichten organisiert sind. Eine höhere Graphitisierung verbessert die elektrische Leitfähigkeit und die thermische Stabilität, was ein effizienteres Laden und eine haltbarere und sicherere Batterie ermöglicht. Dies ist auch eine wichtige Überlegung für e-Mobilität, bei der Sicherheit für Fahrzeughersteller und Verbraucher von größter Bedeutung ist.

Ein letztes Beispiel ist die Kationenmischung, ein Effekt, den Batteriehersteller vermeiden möchten. Bei Schichtoxid-Kathoden tritt Kationenmischung auf, wenn Übergangsmetallionen die Stellen der Lithium-Ionen einnehmen, was die Energiedichte und Zyklusstabilität der Batterie erheblich beeinträchtigen kann. Die Vermeidung der Kationenmischung ist entscheidend, um die Integrität der Kristallstruktur der Elektrode zu gewährleisten. Daher wird XRD verwendet, um das Ausmaß der Kationenmischung zu detektieren und zu quantifizieren, damit Anpassungen so schnell wie möglich vorgenommen werden können.

Tiefenanalyse, schnelle Ergebnisse

Das Verständnis dieser Parameter kann große Auswirkungen auf den Betrieb haben, da es hilft, Produkte außerhalb der Spezifikationen und Abfälle zu vermeiden sowie die Qualität und Leistung zu verbessern. Während in der Batterieherstellung viele Verwendungsmöglichkeiten für vollskalige Laborgeräte vorhanden sind, bieten kompakte Geräte wie Aeris XRD in diesem Fall eine ideale Lösung für schnelle Vor-Ort-Analysen. Anstatt auf Laborergebnisse zu warten (die möglicherweise zu produktionsexternen Spezifikationen oder Ausfallzeiten führen können), liefert Aeris in wenigen Minuten Ergebnisse auf einem ähnlichen Genauigkeitsniveau.

Ob Sie nun an der nächsten Generation innovativer Technologien forschen oder in Gigafactory 1 mit hoher Geschwindigkeit produzieren, übersehen Sie nicht den wesentlichen Wert von XRD im Batterieprozess.

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Erfahren Sie hier mehr über das weltweit erste kompakte XRD-Gerät, das Aeris.