Januar

Bild des Monats Januar 2023

Lokale Untersuchung der Ionenbewegung in Batteriekathoden

Aufgrund ihrer Schichtstruktur führt der Ausbau von Lithium-Ionen aus Li(Ni,Mn,Co)O₂-Kathoden während des Ladevorgangs zu einer anisotropen Volumenänderung. Diese Volumenänderung und damit die Bewegung der Lithium-Ionen lässt sich in Dünnschichtkathoden mit Hilfe der Rasterkraftmikroskopie lokal verfolgen, wobei eine Spitze über die Oberfläche der Probe geführt wird. Die Messung der Kräfte zwischen Spitze und Probe liefert Informationen über die Topographie der Oberfläche. Durch das zusätzliche Anlegen eine Spannung zwischen Spitze und Kathode, findet eine Wanderung der Lithium-Ionen statt. Der daraus resultierende Konzentrationsgradient führt zu lokalen Volumenänderungen, welche durch die zusätzliche Auslenkung der Spitze detektiert werden (Elektrochemische Verformungsmikroskopie).  Die Abbildung zeigt die Topographie einer Li(Ni,Co,Mn)O₂-Dünnschichtkathode sowie die entsprechenden Amplitudenänderungen bei Anlegen einer Spannung von -400 bzw. 600 mV, welche in Zusammenarbeit mit der AG Schirmeisen bestimmt wurde. Die Differenz der Amplituden zeigt hierbei die Volumenveränderung des Materials aufgrund der Wanderung der Lithium-Ionen innerhalb der Schichtstruktur. Deutlich zu erkennen sind lokale Unterschiede aufgrund der Orientierung der einzelnen Körner sowie zwischen Körnern und Korngrenzen (Bild eingereicht von Julius Dinter, AG Elm).

Dieses Bild wurde eingereicht von Julius Dinter (AG Dr. Matthias Elm).

Weitere Einblicke in die Arbeiten der am ZfM beteiligten Arbeitsgruppen finden sie in der Galerie der Bilder des Monats.