Batteries and Battery Material Testing

Was treibt Ihre Welt an?

Batterien und Akkus liefern seit vielen Jahren Energie für unser Leben – für Haushaltsgeräte, lebensrettende medizinische Geräte oder auch unsere Lieblingsspielzeuge, als wir Kinder waren. Inzwischen gibt es mehr Anwendungen für Batterien als je zuvor. Daher wird auch verstärkt daran geforscht, auf welche Weise Batterien in Zukunft auf nachhaltige Weise Energie liefern können.

Wie funktionieren Batterien?

Eine Lithiumionen-Batterie besteht aus vier Hauptbestandteilen: Kathode, Anode, Separator und Elektrolyt. Wird die Batterie entladen fließen Lithiumionen von der Anode zur Kathode. Beim Wiederaufladen fließen die Lithiumionen in die entgegengesetzte Richtung. Jede einzelne Batteriezelle gibt kann nur eine begrenzte Energiemenge abgeben und wird daher oft mit anderen Zellen zu einem Batteriepack kombiniert. Batteriepacks wiederum können zu größeren Batteriemodulen kombiniert werden, um ausreichend Energie für Anwendungen wie Netzspeicher und Elektroautos zu speichern. Die Materialien, aus denen die Kathode, die Anode und der Elektrolyt bestehen, bestimmen die sechs wichtigsten Leistungscharakteristika einer Batterie: Laufzeit, Sicherheit, Lebensdauer, Stromstärke, Energiedichte und Kosten.

Herstellung von Batterien: So wählen Sie die richtigen Materialien

Ein wichtiger Aspekt bei der Auswahl der richtigen Materialien für jede Komponente der Batterie zur Optimierung der sechs wichtigsten Leistungskriterien ist die Nutzung einer fortschrittlichen analytischen Charakterisierung. Einer der kritischsten Parameter bei der Wahl der Materialien ist die Temperaturtoleranz, da die Bestandteile einer Batterie innerhalb eines Temperaturbereichs von -20 °C bis 60 °C funktionieren müssen. Die sogenannte thermische Analyse ist dabei eine ideale Methode für das Testen der Temperaturtoleranz und der Stabilität einer Batterie. Mithilfe der thermischen Analyse können Parameter wie Zersetzungstemperatur, chemische Zusammensetzung, Oxidationsgrad, Lösungsmittelzusammensetzung, Schmelztemperatur, Glasübergang und thermische Stabilität bestimmt werden.

Welche Analysetechniken sind die richtigen für meine Forschung?

Wählen Sie Ihre Komponente aus

Mit der thermischen Analyse und mechanischen Tests lassen sich Erkenntnisse zur Formstabilität der Länge und Form eines Polymers, z. B. des Polymerseparators, gewinnen. Dieses Verständnis der thermischen Eigenschaften und der Formstabilität verhindert Fehlfunktionen des Separators und gewährleistet einen sicheren Betrieb der Batterie.

Das Zusammensetzen der einzelnen Komponenten während der Herstellung erfordert am Ende oft den Umgang mit Slurries aus Feststoffpartikeln, Bindemitteln und Lösemitteln. Die Rheologie liefert hierbei wichtige Erkenntnisse zum Verhalten der Slurries bei den einzelnen Herstellungsschritten wie Lagerung, Mischen, Beschichtung und Trocknung. Eine Messung des rheologischen Profils gewährleistet eine einheitliche, fehlerfreie Beschichtung, die zur Produktion von konsistenten, hochwertigen Elektroden mit hoher Wiederholbarkeit von Charge zu Charge und geringen Ausschussraten führt.

Egal ob Sie leistungsfähigere Batterien mit geringerem Platzbedarf produzieren oder eine komplett neue Batterie aus nachhaltigeren Materialien entwickeln möchten, die Kenntnis der rheologischen, kalorimetrischen und mechanischen Eigenschaften der in den Hauptbestandteilen der Batterie enthaltenen Materialien ist entscheidend für Ihren Erfolg. Waters-TA Instruments bietet führenden Batterieforschern moderne analytische Charakterisierungsmethoden, die zur Entwicklung einer leistungsfähigeren und sicheren Batterietechnik benötigt werden. Kontaktieren Sie uns noch heute und entwerfen Sie Ihren persönlichen Workflow für Ihren Erfolg.