Lithium-ionbatterijen analyse met Phenom XL G2 SEM

Karakterisering van lithium-ionbatterijen met de Thermo Scientific Phenom XL G2 benchtop SEM

Van mobiele telefoon en andere mobiele toestellen tot elektrische wagens. We kunnen de batterijen die hiervoor gebruikt worden niet meer wegdenken uit het dagelijkse leven. Onderzoek en ontwikkeling van nieuwe batterijen is bovendien van essentieel belang om de milieueffecten van bijvoorbeeld elektrische voertuigen op termijn te verminderen.

Lithium-ion batterijen, zijn zeer efficiënte energie-opslagapparaten. Momenteel worden ze op grote schaal gebruikt in verschillende toepassingsgebieden, van consumentenelektronica (mobiele telefoons, tablets, laptops…), in de automobielsector (elektrische voertuigen), enzovoort.

Karakterisering van lithium-ion batterijen – De uitdaging

De laatste tijd hebben zich opmerkelijke incidenten voorgedaan met lithium-ion batterijen die in alledaagse producten worden gebruikt, met als gevolg dat producten met gebreken werden teruggeroepen. Zo heeft de e luchtvaartsector nieuwe veiligheidsregels vastgesteld voor het gebruik van smartphones na gevallen van een ontbrandde batterij tijdens een vlucht. Er zijn ook incidenten geweest waarbij accu’s van elektrische voertuigen in brand zijn gevlogen, waardoor branden zijn ontstaan die buitengewoon moeilijk te blussen zijn.

De huidige technologieën hebben geleid tot de ontwikkeling van lithiumbatterijen met vloeibare elektrolyten, terwijl vaste stof batterijen de toekomst van het huidige onderzoek vertegenwoordigen.

TFS-Phenom-Argon-Compatible-Desktop-SEM-Battery

Deze solid-state batterijen lossen namelijk twee problemen op:

Een hogere dichtheid bieden
Zorgen voor een veiliger en betrouwbaarder product

De belangrijkste uitdaging bij de karakterisering van lithium-ionbatterijen is dat lithium zeer reactief is in de lucht. Bij het onderzoek naar en de ontwikkeling van batterijen op basis van vaste stoffen moet het monster worden beschermd tegen omgevingsinvloeden om reacties te voorkomen, zowel tijdens de bereiding als tijdens de analyse. Een argonomgeving voorkomt dat lithium reageert met zuurstof, stikstof en/of water, waardoor potentieel gevaar wordt vermeden.

Thermo Scientific Phenom™ XL G2 benchtop SEM – De oplossing

De Thermo Scientific Phenom™ XL G2 benchtop SEM in argonversie is de enige scanning-elektronenmicroscoop die in een met argon gevulde glovebox kan worden geplaatst voor de analyse van luchtgevoelige lithiumbatterij monsters.

Wanneer het monster van het glovebox naar de SEM op de werkbank wordt overgebracht, wordt het gewoonlijk aangetast door stoffen als water, zuurstof of stikstof. De beschikbare oplossingen, zoals een vacuüm monster transfersysteem, zijn duur, complex en beschermen het monster niet voldoende.

Het gebruik van de SEM in de glovebox daarentegen maakt de workflow sneller, aangezien zowel het monster als de microscoop zich in dezelfde omgeving bevinden. Hoewel lithium niet reageert in contact met argon, vormt de analyse in een met dit gas gevulde omgeving een uitdaging.

Phenom XL G2 Argon-Compatible Desktop SEM

Een scanning elektronenmicroscoop past een spanning toe van ongeveer 15.000 volt (of zelfs hoger). Het gebruik van zo’n hoog voltage in een met argon gevulde omgeving kan, zonder de nodige voorzorgsmaatregelen, ontladingen veroorzaken die de elektronische componenten in de SEM kunnen beschadigen.

De Thermo Scientific Phenom XL G2 Argon-Compatible maakt gebruik van speciale technologie om dit probleem te omzeilen en een beschermde omgeving te bieden voor het karakteriseren van luchtgevoelige monsters.

Thermo Scientific Phenom XL G2 SEM Argon-Compatible – De voordelen

Met de Phenom XL G2 SEM Argon-Compatible is het mogelijk om zowel monstervoorbereiding als SEM/EDX-analyse uit te voeren in dezelfde omgeving. Dit maakt niet alleen het monster voorbereidingsproces en de analyse sneller, maar betekent ook dat monsters beschermd blijven dankzij de argon omgeving. Bovendien kan hierdoor een analyse of pre-screening worden uitgevoerd voordat het monster naar andere wetenschappelijke instrumentatie wordt overgebracht.

Ondanks het gebruik van handschoenen is het hanteren van de monsterhouder eenvoudig. Bovendien kan het systeem vele uren worden gebruikt zonder dat een manuele interventie nodig is.