Innovative Analysegeräte für neue Einblicke in Batteriezellen

Mit zwei hochmodernen Geräten erweitert das MEET Batterieforschungszentrum der Universität Münster seine Analysemöglichkeiten von Batteriezellen. Neu sind das induktiv gekoppelte Plasma-Flugzeit-Massenspektrometer (ICP-TOF-MS) und das Orbitrap-Massenspektrometer mit der Option für Flüssigchromatographie (LC) und Matrix-unterstützte Laser-Desorption/Ionisation (MALDI). Ziel ist es, chemische Prozesse innerhalb von Batterien noch genauer zu untersuchen und besser zu verstehen. Die Geräte sind Teil des Projekts „AUForPro - Analytik zur Unterstützung der Lithium-Ionen-Batterie-Forschung, -Produktion und des Recyclings“. Das Vorhaben wird mit mehreren Millionen Euro aus dem Förderprogramm „Forschungsinfrastrukturen.NRW“ von der Europäischen Union und des Landes Nordrhein-Westfalen gefördert.

„Die neuen Geräte erweitern nicht nur unsere Analysemöglichkeiten, sondern stehen auch für die Innovationskraft unseres Instituts. In der Batterieforschung kommen sie bislang kaum zum Einsatz“, erklärt Dr. Sascha Nowak, Leiter des Forschungsbereichs Analytik & Umwelt am MEET Batterieforschungszentrum. „Damit können wir unsere Forschung auf internationalem Spitzenniveau weiter ausbauen.“

Die neuen Technologien ermöglichen es, sowohl gewünschte als auch unerwünschte Prozesse in Batteriezellen detailliert zu untersuchen. Dazu zählt etwa die Bildung der sogenannten Solid Electrolyte Interphase (SEI) – einer schützenden Grenzschicht zwischen dem flüssigen Elektrolyten und der festen Elektrode, die für die Leistungsfähigkeit von Batterien entscheidend ist. Gleichzeitig lassen sich Alterungsprozesse präziser analysieren, um ihre Auswirkungen zu verringern oder künftig ganz zu vermeiden.

Das Plasma-Massenspektrometer erlaubt es, einzelne Partikel von Batteriematerialien gezielt zu untersuchen. Alterungseffekte können dadurch nicht mehr nur im Durchschnitt betrachtet werden, sondern für jedes Partikel separat. Solche Untersuchungen helfen dabei, das Batterierecycling weiterzuentwickeln. Das Orbitrap-Massenspektrometer nutzen die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler, um die Struktur komplexer Moleküle zu entschlüsseln. Ein besonderer Vorteil ist die MALDI-Option: Sie macht sichtbar, wie Moleküle auf Oberflächen – etwa von Elektroden – verteilt sind. So lassen sich Rückschlüsse auf Zusammensetzung und Gleichmäßigkeit wichtiger Grenzschichten ziehen. „Die Analyseergebnisse helfen uns langfristig dabei, leistungsfähigere, langlebigere und stabilere Batterien zu entwickeln und die Zellproduktion weiter zu verbessern“, betont Dr. Simon Wiemers-Meyer, stellvertretender Leiter des Forschungsbereichs Analytik & Umwelt am MEET.

Kooperationen mit der Industrie

Auch Unternehmen profitieren von den neuen Analysemöglichkeiten. Insbesondere kleine und mittelständische Betriebe ohne eigene Analytik finden im MEET Batterieforschungszentrum einen wichtigen Partner für gemeinsame Forschungs- und Entwicklungsprojekte.

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• MEET Batterieforschungszentrum der Universität Münster