Schnelle Batterieuntersuchungen

Kleinelektronikgeräte sind aus unserem Alltag nicht mehr wegzudenken. Taschenrechner, Armbanduhren oder Hörgeräte – betrieben werden die Apparate meist mit Knopfzellen als Energiespeicher. Um diese Batterien weiterzuentwickeln und leistungsfähiger zu machen, untersuchen Forscher deren Alterungsprozesse, Materialeigenschaften oder das Ladeverhalten.

Stand der Technik

Für ihre Analyse nutzen sie oft Röntgen- oder Synchrotronstrahlung, denn die Beugung (Diffraktion) dieser Strahlung ermöglicht Einblicke in das Innere der Knopfzellen. Dabei gestaltet sich der Testaufbau an diesen Strahlungsmessplätzen oft kompliziert. Für fehlerfreie Messungen müssen unterschiedliche Batteriezellen in einer Halterung genau positioniert und verkabelt werden. Bei den derzeit zur Verfügung stehenden Haltevorrichtungen ist dies zeitaufwendig, zudem sind nur Messungen an jeweils einer Probe möglich. Gleichzeitig ist die zur Verfügung stehende Strahlzeit für diffraktometrische Messungen begrenzt.

Technologie

Wissenschaftler vom Institut für Angewandte Materialien (IAM) am KIT haben in enger Kooperation mit dem Leibniz-Institut für Festkörper- und Werkstoffforschung Dresden eine Halterung entwickelt, mit der die In-situ-Analyse von Batterien durch Röntgen- oder Synchrotronstrahlung effizienter wird. In einem um die Mittelachse drehbaren runden Batterieträger können in kurzer Zeit mehrere Proben im Strahlengang eines Diffraktometers justiert werden. Eine Feder in den Probehaltern sorgt dafür, dass Zellen mit unterschiedlichen Höhen reproduzierbar in Sekunden ein- oder ausgeklickt werden können. Deckel und Probenschacht des Halters weisen eine Öffnung für den Strahldurchtritt auf. Durch gedruckte Leiterbahnen und die Zusammenfassung der Kabel ist es möglich, diese bei Drehung des Halters aus dem Strahlweg herauszuhalten.

Vorteile

Die Vorteile der Halterung: Wissenschaftler können Untersuchungen zeitsparender, effizienter und flexibler durchführen.

Optionen für Unternehmen

Die Vorrichtung kann für temperaturabhängige Messungen sowie für verschiedene Analysemethoden angewendet werden, vor allem zur Pulverdiffraktion, aber auch zur Mößbauer-, Raman- oder Röntgenabsorptionsspektroskopie. Das KIT sucht Partner zur Weiterentwicklung und Anwendung des Verfahrens.