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Pr├╝fung von Festk├Ârperbatterien

Die hochgenaue mechanische Pr├╝fung von Festk├Ârperbatterien wie z.B. einer Lithium Metall-Anode erm├Âglicht die Werkstoffverbunde und ÔÇôstrukturen umfassend zu charakterisieren.

Pr├╝fanforderung

  • Lithium-Ionen Batterien mit Festk├Ârperelektrolyten gelten als zuk├╝nftige Batterietechnologie die mit Vorteilen bei Sicherheit, Energiedichte und Schnellladef├Ąhigkeit den aktuellen Batteriegenerationen deutlich ├╝berlegen sein sollen. Die verwendeten Komponenten bestehen dabei aus komplexen Materialverbunden, die elektrochemisch und mechanisch optimal aufeinander abgestimmt sein m├╝ssen. Da der Fl├╝ssigelektrolyt als Bindeglied wegf├Ąllt m├╝ssen bei Festk├Ârperbatterien Herausforderungen wie Grenzschichtkontaktierung, thermische Ausdehnung und Alterungsbest├Ąndigkeit gel├Âst werden. Die hochgenaue mechanische Pr├╝fung erm├Âglicht dabei die Werkstoffverbunde und ÔÇôstrukturen zu umfassend zu charakterisieren.
  • Wird eine Anode aus Lithium-Metall eingesetzt, dann ist deren mechanische Charakterisierung besonders herausfordernd. Die Probenvorbereitung und die Bestimmung der Zugfestigkeit von Lithium-Metall muss aufgrund der starken Degradation in einer Inert-Gasen Umgebung stattfinden. Zus├Ątzlich muss der empfindliche duktile Werkstoff sehr vorsichtig in die Spezial-Probenklemmen zugef├╝hrt und ausgerichtet werden. Eine sichere Ermittlung der L├Ąngsdehnung ist zudem nur mit angepassten optischen Laserextensometern ohne Ber├╝hrung der Probe m├Âglich.
  • Eine weitere Herausforderung ist die Ermittlung der mechanischen Eigenschaften weiterer Komponenten wie der Composite-Kathode oder des Festk├Ârperelektrolyt-Separators. Die Festigkeiten dieser Komponenten sind auschlaggebend f├╝r die Auslegung der Fertigungsprozesse bzw. der sicheren Funktionalit├Ąt im Batteriebetrieb. Festelektrolyten sind typischerweise aus Polymere, Oxiden oder Sulfiden bestehen und weisen entsprechend ihrer  Zugeh├Ârigkeit eine gro├če Bandbreite an mechanischen Eigenschaften auf, die von spr├Âde bis duktil reichen kann. Bei der Charakterisierung werden Elastizit├Ątsmodul, H├Ąrte, Biegefestigkeit und Bruchz├Ąhigkeit untersucht f├╝r die Nanoindenter-H├Ąrtepr├╝fer eingesetzt werden.

ZwickRoell Pr├╝fl├Âsung

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