Bei der Analyse und Optimierung der Leistungsfähigkeit von Lithium-Ionen Batterien spielt die poröse Struktur der Elektroden eine entscheidende Rolle. Video 1 zeigt die Visualisierung einer porösen Batterieelektrode.
Die 3D-Rekonstruktion wurde mit einer Auflösung von (30nm)3Voxelgröße mittels FIB/SEM – Tomographiedurchgeführt. Der Ausschnitt zeigt ein 8 x 8 x 15 μm3 großes Teilvolumen einer insgesamt 33 x 42 x 19 μm3 großen Rekonstruktion.
Es handelt sich hier um eine sogenannte Blend-Kathode, welche in diesem Fall zwei Aktivmaterialien besitzt (Nickel-Mangan-Cobalt (NMC) in grün und Nickel-Aluminium-Cobalt (NCA) in gelb) um die Vorteile beider Materialien zu kombinieren. Des Weiteren wird der Kathode ein spezieller Leitruß zugefügt um die Elektronenleitfähigkeit zu verbessert (in grau dargestellt).
Batterie-Anoden besitzen im Vergleich zu den Kathoden wesentlich größere Partikel (mehrere 10 Mikrometer Durchmesser), weshalb die Mikrostrukturanalyse hier mittels hochauflösender 3D-Röntgenmikroskopie erfolgt. Video 2 zeigtdie Visualisierung eines 35 x 35 x 35 μm3 großen Ausschnitts einer porösen Anodenstruktur aus Graphit (gesamt rekonstruiertes Volumen 135 x 135 x 100 μm3).Die verwendete Voxelgröße ist (250nm)3. Die 3D-Röntgenmikroskopie (auch als Computertomographie (CT) bezeichnet) erlaubt die Rekonstruktion größerer Volumen im Vergleich zur FIB/SEM-Tomographie, kann jedoch den Leitruß der Kathode aufgrund niedrigerer Auflösungsgrenzen und schlechterer Kontrasteigenschaften nur unzureichend auflösen.
Am IAM-ET wurde bereits eine Vielzahl von 3D-Rekonstruktionen unterschiedlichster Batterieelektroden durchgeführt. Bei der FIB/SEM-Tomographie liegt die Voxelgröße hier üblicherweise im Bereich von 17,53 bis 453 nm3, angepasst an die speziellen Anforderungen der jeweiligen Probe. Die rekonstruierten Volumen betragen zwischen 8 956 μm3und 76 124 μm3.
Weitere Informationen sowie Bespiele zu 3D-Rekonstruktionen von Batterieelektroden mittels FIB/SEM-Tomographie finden Sie in nachfolgenden Publikationen:
