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Operando-Batterieforschung mit Synchrotronstrahlung Batterien hochaufgelöst beim Laden zuschauen

Ein Gastbeitrag von Dr. Martin Heidelberger, Pressereferent, Karlsruher Institut für Technologie (KIT) 6 min Lesedauer

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Keine Energiewende ohne leistungsstarke Energiespeicher – Forschende des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) und der Universität Münster entwickeln ein neues Messinstrument am Karlsruher Teilchen-Beschleuniger, welches fest-flüssig Phasengrenzen, an welchen Ladungsaustauschprozesse in Batterien ablaufen, für die Forschung zugänglich macht. Damit werden einzigartige Einblicke in Energiespeicherprozesse ermöglicht.

Abb. 1: Batterien sind in zahlreichen Anwendungen des Alltags heute bereits essentiell.(Bild: © phonlamaiphoto - stock.adobe.com)
Abb. 1: Batterien sind in zahlreichen Anwendungen des Alltags heute bereits essentiell.
(Bild: © phonlamaiphoto - stock.adobe.com)

Vom Mobiltelefon, über das Laptop bis hin zum Elektroauto: Lithum-Ionen-Akkumulatoren sind aus unserem täglichen Leben nicht mehr wegzudenken und versorgen Geräte mit hohem Energiebedarf, für die herkömmliche Akkus zu schwer oder zu groß wären. Obgleich die Forschung und Entwicklung auf diesem Gebiet in den letzten Jahren Jahren bedeutende Fortschritte ermöglicht hat, ist u. a. in punkto Energieeffizienz bei heutigen Batteriesystemen durchaus noch Luft nach oben. Um Batteriematerialien noch besser zu verstehen und letztlich effizientere Systeme entwickeln zu können, wollen Forschende aus Karlsruhe und Münster Batterien auf molekularer Ebene beim Laden zuschauen.

Von der Herausforderung weicher Röntgenstrahlen

Aktivmaterialien in Batterien bestehen fast ausschließlich aus Übergangsmetallverbindungen wie Nickel-, Kobalt-, Eisen-, und Manganoxiden oder Kohlenstoff. Spektroskopisch müssen solche Verbindungen mit weichen Röntgenstrahlen (Energien < 1000 eV) untersucht werden, will man Ladungsaustauschprozesse auf atomistischer Ebene beobachten. Dies wird durch die Quantenmechanik und daraus resultierenden Auswahlregeln für die Spektroskopie vorgegeben. Röntgenstrahlung ist elektromagnetische Strahlung aus Teilchenbeschleunigern wie der KIT Light Source in Karlsruhe, welche einzigartige Einblicke in die innere Struktur und Funktionsweise von Materialien ermöglicht und bei der Entwicklung von Spitzentechnologien eine wichtige Rolle spielt.

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