Charakterisierung von Lithium-Ionen-Batterien mit dem Thermo Scientific Phenom XL G2 Desktop-REM

Charakterisierung von Lithium-Ionen-Batterien mit dem Thermo Scientific Phenom XL G2 Desktop-REM

Von Handys und anderen mobilen Geräten bis hin zu Elektroautos. Die Batterien, die für diese Zwecke verwendet werden, sind aus dem Alltag nicht mehr wegzudenken. Die Erforschung und Entwicklung neuer Batterien ist auch wichtig, um die Umweltauswirkungen z. B. von Elektrofahrzeugen mit der Zeit zu verringern.

Lithium-Ionen-Batterien sind hocheffiziente Energiespeicher. Sie sind derzeit in verschiedenen Anwendungsbereichen weit verbreitet, von der Unterhaltungselektronik (Mobiltelefone, Tablets, Laptops…) bis hin zum Automobilsektor (Elektrofahrzeuge) usw.

Charakterisierung von Lithium-Ionen-Batterien – Die Herausforderung

In jüngster Zeit kam es zu bemerkenswerten Zwischenfällen mit Lithium-Ionen-Batterien, die in Alltagsprodukten verwendet werden, was dazu führte, dass fehlerhafte Produkte zurückgerufen wurden. So hat beispielsweise die Luftfahrtindustrie neue Sicherheitsvorschriften für die Verwendung von Smartphones erlassen, nachdem sich ein Akku während eines Fluges entzündet hatte. Es gab auch schon Fälle, in denen Batterien von Elektrofahrzeugen Feuer fingen und Brände verursachten, die nur sehr schwer zu löschen waren.

Die aktuellen Technologien haben zur Entwicklung von Lithiumbatterien mit flüssigen Elektrolyten geführt, während Festkörperbatterien die Zukunft der aktuellen Forschung darstellen.

Tatsächlich lösen diese Festkörperbatterien zwei Probleme:

  • Sie bieten eine höhere Dichte
  • Sie bieten ein sichereres und zuverlässigeres Produkt

Die größte Herausforderung bei der Charakterisierung von Lithium-Ionen-Batterien besteht darin, dass Lithium an der Luft sehr reaktiv ist. Bei der Forschung und Entwicklung von Festkörperbatterien muss die Probe vor Umwelteinflüssen geschützt werden, um Reaktionen zu verhindern, sowohl bei der Vorbereitung als auch bei der Analyse. Eine Argon-Umgebung verhindert, dass Lithium mit Sauerstoff, Stickstoff und/oder Wasser reagiert, und beugt so potenziellen Gefahren vor.

 

Thermo Scientific Phenom™ XL G2 benchtop SEM – Die Lösung

Das Thermo Scientific Phenom™ XL G2 Desktop-REM in Argonausführung ist das einzige Rasterelektronenmikroskop, das für die Analyse von luftempfindlichen Lithiumbatterieproben in eine mit Argon gefüllte Glovebox gestellt werden kann.

Wenn die Probe von der Glovebox zum REM auf dem Arbeitstisch transportiert wird, wird sie normalerweise durch Substanzen wie Wasser, Sauerstoff oder Stickstoff beeinträchtigt. Verfügbare Lösungen, wie z. B. ein Vakuum-Probentransfersystem, sind teuer, komplex und schützen die Probe nicht ausreichend.

Im Gegensatz dazu beschleunigt die Verwendung des REM in der Glovebox den Arbeitsablauf, da sich Probe und Mikroskop in derselben Umgebung befinden.

Obwohl Lithium in Kontakt mit Argon nicht reagiert, stellt die Analyse in einer Umgebung, die mit diesem Gas gefüllt ist, eine Herausforderung dar.

Ein Rasterelektronenmikroskop legt eine Spannung von etwa 15.000 Volt (oder noch höher) an. Die Verwendung einer so hohen Spannung in einer mit Argon gefüllten Umgebung kann ohne entsprechende Vorsichtsmaßnahmen zu Entladungen führen, die die elektronischen Komponenten im REM beschädigen können.

Das Phenom XL G2 Argon-Compatible nutzt eine spezielle Technologie, um dieses Problem zu umgehen und eine geschützte Umgebung für die Charakterisierung von luftempfindlichen Proben zu schaffen.

Thermo Scientific Phenom XL G2 SEM Argon-kompatibel – Die Vorteile

Mit dem Phenom XL G2 REM Argon-Compatible ist es möglich, sowohl die Probenvorbereitung als auch die REM/EDX-Analyse in der gleichen Umgebung durchzuführen. Dies beschleunigt nicht nur den Probenvorbereitungsprozess und die Analyse, sondern bedeutet auch, dass die Proben dank der Argon-Umgebung geschützt bleiben. Darüber hinaus kann eine Analyse oder ein Vorab-Screening durchgeführt werden, bevor die Probe zu anderen wissenschaftlichen Instrumenten weitergeleitet wird.

Trotz der Verwendung von Handschuhen ist die Handhabung des Probenhalters einfach. Außerdem kann das System viele Stunden lang verwendet werden, ohne dass manuelle Eingriffe erforderlich sind.

 

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