Durchbrüche in der Batterietechnologie: Erkenntnisse dank Röntgenmikroskopie für langlebige Energielösungen entdecken

BerlinJüngste Fortschritte in der Batterietechnologie führen zu verbesserten Energiespeichermöglichkeiten durch den Einsatz fortschrittlicher Röntgenmikroskopietechniken. Wissenschaftler versuchen, die Kapazität von Lithium-Ionen-Batterien zu erhöhen, indem sie sich auf schichtartige lithiumreiche Übergangsmetalloxide (LRTMO) für die Kathoden der Batterien konzentrieren. Diese Materialien bieten ein hohes Energiepotenzial, neigen jedoch dazu, bei mehrfachen Ladezyklen schnell zu altern. Forscher aus verschiedenen chinesischen Institutionen untersuchen zusammen mit Röntgenmikroskopie-Experten von BESSY II die strukturellen und chemischen Veränderungen, die zu dieser schnellen Alterung führen.

Forscher am BESSY II nutzen ein spezielles Werkzeug, das als Transmissionselektronenmikroskop (TXM) bekannt ist, um die winzigen Bestandteile von Batteriematerialien genau zu untersuchen. Diese neue Methode ermöglicht es ihnen, die Materialien eingehend zu erforschen.

3D-Tomografie und Nanospektroskopie von Materialien. Darstellung lokaler Gitterverzerrungen und Phasenübergänge auf der Nanometerskala. Element-spezifische Energieniveau-Bildgebung ermöglicht eine vierdimensionale Darstellung von Strukturen.

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Neue Methoden verändern unser Verständnis von Lithium-Ionen-Batterien auf mikroskopischer Ebene. Die Röntgenuntersuchung von Dr. Peter Guttmann, ergänzt durch weitere detaillierte Tests, liefert wertvolle Erkenntnisse. Langsames Laden scheint unerwünschte Veränderungen und Sauerstoffverlust zu verursachen, während schnelles Laden strukturelle Veränderungen und eine ungleichmäßige Verteilung der Lithium-Ionen zur Folge hat. Diese detaillierte Untersuchung der Batterieänderungen unterstützt Forscher dabei, Batterien zu entwickeln, die länger halten und effizienter arbeiten.

Diese Studie ist nicht nur aus akademischen Gründen von Bedeutung. Mit dem wachsenden globalen Bedarf an effizienter Energiespeicherung suchen Industrien nach belastbaren und langlebigen Batterien. Durch das Verständnis der strukturellen und chemischen Eigenschaften von LRTMOs können Hersteller Kathoden entwickeln, die über viele Ladezyklen stabil bleiben. Dies könnte zu robusteren Batterien für Elektrofahrzeuge, tragbare Elektronik und Systeme zur Speicherung erneuerbarer Energien führen.

Die Untersuchung unterstreicht die Bedeutung der Echtzeitanalyse von Materialien beim Laden und Entladen von Batterien. Forscher nutzen Röntgenmikroskopie, um Probleme zu erkennen und Lösungen zu entwickeln. Ziel dieser Arbeit ist es, Batterien robuster, effizienter und unverzichtbar für nachhaltige Energien zu machen.