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Neue Ansichten Mit Synchrotronstrahlung Batterien beim Laden zuschauen

Quelle: KIT 2 min Lesedauer

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Forscher des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) und der Universität Münster wollen mit dem neuen Messinstrument Napxas am Karlsruhe Research Accelerator Einblicke in Energiespeicherprozesse erhalten.

Forscher am KIT können jetzt Einblicke ins Ladegeschehen von Lithium-Ionen-Batterien live und mit weniger Aufwand erleben. Möglich macht es das neue Messsystem Napxas, das mit Synchrotronstrahlung arbeitet. Hier mehr dazu ...(Bild: KIT)
Forscher am KIT können jetzt Einblicke ins Ladegeschehen von Lithium-Ionen-Batterien live und mit weniger Aufwand erleben. Möglich macht es das neue Messsystem Napxas, das mit Synchrotronstrahlung arbeitet. Hier mehr dazu ...
(Bild: KIT)

Synchrotronstrahlung ist elektromagnetische Strahlung aus Teilchenbeschleunigern, beispielsweise in Form von weicher Röntgenstrahlung, erklären die KIT-Forscher. Diese Strahlung schafft Einblicke in die innere Struktur und Funktionsweise von Materialien und spielt damit bei der Entwicklung von Spitzentechnologien eine wichtige Rolle, wie es weiter heißt. Für die Forschung an elektrochemischen Speichern für die Energiewende sei weiche Röntgenstrahlung (mit Wellenlängen um ein bis zwei Nanometer) optimal geeignet, doch war sie bisher nur bedingt einsetzbar. Das Batteriematerial musste deshalb unter Schutzgas aufwendig extrahiert, getrocknet, auf geeignete Probenträger aufgeklebt und – ohne Kontamination durch Luft oder Feuchtigkeit – ins Vakuum einer Messkammer übertragen werden. Um aber ganze Ladezyklen zu betrachten, mussten diese Arbeitsschritte dann an Hunderten unterschiedlich präparierten Batterien durchgeführt werden. Das ist nun offensichtlich vorbei.

Grenzen der Lithium-Ionen-Technik live ausloten

Denn mit dem neuen Messinstrument Napxas (Near Ambient Pressure X-ray Absorption Spectroscopy), das an der Weichröntgen-Analytikanlage Wera des IQMT an der KIT Light Source des Karlsruhe Research Accelerator (Kara) aufgebaut wurde, kann das mit weniger Aufwand geschehen. Mit Napxas könnten nämlich Energieumwandlungs- und Alterungsprozesse in Energiespeichersystemen quasi unter nasschemischen Normalbedingungen spektroskopisch untersucht werden – und zwar live, während der Energiespeicher betrieben wird, wie die Forscher betonen. Eingesetzt wird das Messsystem zunächst im Forschungsprojekt „LimLi“ (Überwinden von Limitierungen in Li-Ionen-Batterien) der Universität Münster. Dort will man verstehen, was die Energiespeicherkapazität von Lithium-Ionen-Batterien auf atomarer Ebene begrenzt, um diese Grenzen gezielt überwinden zu können. Durch die Kombination aus theoretischen und innovativen experimentellen Ansätzen erhalten die Experten so einzigartige Einblicke in Energiespeicherprozesse. Das Ziel ist es, durch eine systematische Veränderung der aktiven Zentren in Batteriematerialien neue, effizientere Energiespeicher und -wandler zu schaffen.

Nach der Testphase für alle Forscher nutzbar

In der aktuell laufenden Testphase wird die neue Messeinrichtung optimiert. Die für die Messungen notwendige Synchrotronstrahlung wird von Kara bereitgestellt, der als Beschleuniger-Test-Facility und als KIT Light Source durch das Institut für Beschleunigerphysik und Technologie betrieben wird. Nach Abschluss dieser Testphase sei beabsichtigt, Forschern weltweit die Nutzung des neuen Napxas-Messinstruments bei Wera über die Karlsruhe Nano Micro Facility zu ermöglichen. Bei Letzterer handelt es sich um eine Hightech-Plattform zur Forschung an Funktionsmaterialien im Mikro- und Nanobereich. Die Sachmittel für Napxas werden über das Forschungsprojekt „LimLi“ außerdem vom Bundesministerium für Bildung und Forschung zur Verfügung gestellt.

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