Batterieanalyse

Konfokales System zur Visualisierung elektrochemischer Reaktionen

ECCS B520

Batterieentwickler müssen zunehmend beobachten können, was während des Lade- und Entladevorgangs tatsächlich im Inneren einer Zelle vor sich geht, und dürfen sich nicht mehr darauf beschränken, das Ergebnis erst im Nachhinein zu messen. Das ECCS B520 ist ein speziell für diese Art der Operando-Beobachtung entwickeltes Konfokalmikroskopsystem, mit dem Ingenieure Elektrodenreaktionen, Ausdehnung und Dendritenwachstum in Echtfarben und in Echtzeit verfolgen können.

Lasertec & DJK Europe

Die Lasertec Corporation entwickelt hochpräzise konfokale Mikroskopie- und Inspektionssysteme, die in der Halbleiter-, Elektronik- und Werkstoffforschung zum Einsatz kommen. Mit dem ECCS B520 bringt Lasertec seine Echtfarben-Konfokaloptik in den Batteriebereich ein und ermöglicht so die direkte Beobachtung elektrochemischer Reaktionen im Inneren einer in Betrieb befindlichen Zelle.

DJK Europe unterstützt Kunden bei der Einführung des ECCS B520 für die Batterieforschung und -entwicklung, die Prozessentwicklung und die Materialbewertung – von der Systemauswahl und -integration bis hin zum Anwendungssupport.

Entwickelt für die nächste Generation von Batterien

Mit den steigenden Anforderungen an die Batteriechemie wachsen auch die Anforderungen an die erforderlichen Prüfverfahren: Festkörperzellen benötigen während der Beobachtung einen gleichmäßigen Druck im MPa-Bereich, und Anodenmaterialien auf Siliziumbasis erfordern eine Analyse auf der Ebene einzelner Partikel. Das ECCS B520 der dritten Generation wurde genau für diese Anforderungen entwickelt und kombiniert neue optische Hardware mit einer speziell angefertigten Beobachtungszelle.

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Beobachten Sie die Reaktionen in der Batterie in Echtzeit

Das ECCS B520 nutzt die von Lasertec entwickelte, firmeneigene Echtfarben-Konfokallinse, um elektrochemische Reaktionen im Inneren einer Zelle zu erfassen, ohne dass es zu den Verzerrungen kommt, die normalerweise durch Glas und Elektrolyt verursacht werden. Das Ergebnis sind hochauflösende, kontrastreiche Aufnahmen, die subtile Farb- und Helligkeitsveränderungen im aktiven Material in quantifizierbare Reaktionsdaten umwandeln – und zwar bei Vollzellen, Halbzellen, Pouch-Zellen, Festkörperzellen und Natrium-Ionen-Zellen.

Key Features

Langlebige LED-Beleuchtung

Eine langlebige LED-Lichtquelle sorgt für eine stabile und gleichbleibende Helligkeit von der ersten bis zur letzten Messung, sodass die Ergebnisse auch bei langen Zyklustests vergleichbar bleiben.

Unabhängig druckgeregelte Messzelle

Die neu entwickelte Beobachtungszelle verfügt über eine eigene, von der Optik getrennte Druckregelung, die den mechanischen Druck auf die Probe während eines Lade- und Entladezyklus konstant hält.

CE-Kennzeichnung für den europäischen Markt

Es ist eine CE-konforme Version des Systems erhältlich, wodurch sich das ECCS B520 an europäischen Forschungs- und Produktionsstandorten unkompliziert installieren und betreiben lässt.

Beobachtungszellen der nächsten Generation

Unterstützte Proben	Beutelzellen-Batterien
Stichprobengröße	25 mm
Prüfdruck	bis zu 20 MPa

Eine in die Druckvorrichtung integrierte Wägezelle erfasst den Druck kontinuierlich über den gesamten Lade- und Entladezyklus hinweg und liefert so in Echtzeit die Bestätigung, dass die Probe unter den vorgesehenen mechanischen Bedingungen geprüft wird.

Unterstützte Proben	Einseitig beschichtete Elektroden
Stichprobengröße	5 mm
Prüfdruck	bis zu 50 MPa

Die gemeinsam mit JEOL Ltd. und Nogami Giken Co., Ltd. entwickelte CP-Zelle basiert auf querschnittsgeschliffenen (CP-gefrästen) Proben, wodurch einzelne Partikel mit hoher Schärfe beobachtet werden können.

Analysesoftware – RISM

Extrahiert und analysiert automatisch einzelne Partikel des aktiven Materials in Proben von All-Solid-State-Batterien, anstatt die Elektrode als eine einzige homogene Schicht zu betrachten.

Dieser gemeinsam mit der Toyo Corporation entwickelte Modus führt gleichzeitig Operando-Beobachtungen und elektrochemische Impedanzmessungen durch und synchronisiert dabei die optischen und elektrischen Daten aus einem einzigen Test.

Unterstützte Akkus und Anwendungsbereiche

Unterstützt Vollzellen-, Halbzellen-, Pouch-Zellen-, All-Solid-State- und Natrium-Ionen-Formate. Zu den typischen Anwendungsbereichen gehören:

Reaktions- und Verhaltensanalyse von Anoden- und Kathodenmaterialien
Messung von Ausdehnung und Kontraktion
Untersuchungen zur Dendritenbildung
Verfolgung des Leistungsabfalls über Lade- und Entladezyklen hinweg
C-Rate- und temperaturabhängige Reaktionstests
Überwachung metallischer Fremdpartikel
Visualisierung der Gasentwicklung
Bewertung neuer Materialien

Beispielbeobachtung

Ein Querschnitt einer Elektrode aus einem Graphit-Siliziumoxid-Verbundwerkstoff, beobachtet vor und nach dem Laden – die Farbveränderung der Siliziumoxidpartikel wird durch die Reaktionsverteilungsanalyse des Systems im Zeitverlauf quantifiziert.