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Qu a l i t ä t s s i c h e r u n g 16 | w w w c o m p u t e r - a u t o m a t i o n d e · 0 5 -2 3 Die Zukunft der Batteriezellenherstellung Aus Sicht von Forschung und Entwicklung scheint die LIB-Technologie weitgehend ausgereift zu sein Ein wichtiges Ziel bleibt die Optimierung von Produkt und Produktion Diese Optimierung ist ein Treiber für vielversprechende Schritte in Richtung neuer chemischer Verfahren um Batterien künftig kostengünstiger und umweltfreundlicher zu machen Kobalt zum Beispiel ist eines der wichtigsten Metalle in Lithium-Ionen-Batterien da es die Lebensdauer und Energiedichte der Batterien erhöht Kobalt ist zugleich eines der teuersten Materialien in einer Batterie Obwohl die Batteriepreise zwischen 2010 und 2021 um 89 % gesunken sind machen sie nach einer Studie von BloombergNEF immer noch etwa 30 % der Gesamtkosten eines Elektrofahrzeugs aus Da die Verkäufe von Elektrofahrzeugen weltweit rapide ansteigen wird erwartet dass die Nachfrage nach Batterierohstoffen wie Kobalt das Angebot bald übersteigen wird Lösungen die die Verwendung von Kobalt und sogar von Lithium überflüssig machen werden daher immer attraktiver Einige dieser Lösungen stützen sich stärker auf Nickel was eigene Herausforderungen mit sich bringt So hat Indonesien das ein Viertel des weltweiten Nickelangebots kontrolliert seine Nickelexporte Anfang 2020 deutlich reduziert Die Unwägbarkeiten der Pandemie und der globalen Finanzmärkte führten zu einem Rückgang des Nickelpreises Diese Entwicklung hat einige Unternehmen die eigentlich in die Steigerung ihrer Nickelproduktion investieren wollten dazu bewogen ihre Investitionen zurückzuhalten Anfang 2022 stieg der Nickelpreis wieder stark an Künftig ist mit der Vorstellung neuer Technologien zu rechnen mit denen einer der grundlegenden Nachteile der derzeitigen LIBs überwunden werden kann der flüssige fluorhaltige und leicht entflammbare Elektrolyt in einer Batterie Dieser Inhaltsstoff ist eine große Herausforderung für Handhabung Lagerung und Recycling von Batteriezellen Neue Energiespeichertechnologien die auf weniger knappen Materialien wie Magnesium basieren sind vielversprechend Aus Magnesiummetall hergestellte Batterien könnten eine höhere Energiedichte größere Stabilität und geringere Kosten als die heutigen Lithium-Ionen-Zellen aufweisen Eine andere vielversprechende Richtung ist die Entwicklung von Festkörperbatterien die zwar wesentlich stabiler sind aber noch keine wettbewerbsfähige Leistung aufweisen ik können mechanische Spuren hinterlassen Während sich einige der erforderlichen Informationen mit schnellen 2D-Röntgensystemen erfassen lassen sind die sichtbaren Informationen beim Einsatz dieser Technologie eingeschränkt Mit 3D-Röntgenbildgebung ist es möglich ein vollständiges Bild von kritischen Aspekten einer Batteriezelle und eines Moduls zu erhalten während die Zeitraffertomographie Prozesse und Veränderungen in einer in Betrieb befindlichen Batterie während ihrer Alterung in vier Dimensionen aufzeigt Die industrielle Computertomographie findet zunehmend Anwendung bei der Erkennung von Defekten und internen Veränderungen während des Batterie-Lebenszyklus Dennoch kann es schwierig sein die aussagekräftigen Strukturen zu erkennen Da die Materialien eine sehr ähnliche Dichte haben und oft recht dünn sind ergibt sich häufig ein kontrastarmes Graustufenbild Software-Tools zur Analyse und Visualisierung von CT-Daten bieten hier erweiterte Funktionen die mit Hilfe Künstlicher Intelligenz einen fundierteren Blick ermöglichen Als eine weitere vielversprechende Option für die zerstörungsfreie Prüfung hat sich die dynamische Neutronenradiographie erwiesen Sie liefert Forschern Echtzeitdaten über das Innenleben eines Systems Im Vergleich zu Röntgenstrahlen bietet diese Technologie einige nützliche Vorteile da die Neutronen anders mit Elementen wechselwirken Erstens sind Lithium und der flüssige Elektrolyt in Batterien extrem empfindlich und Neutronenmethoden haben ein geringeres Risiko für unerwünschte Reaktionen Zweitens ermöglicht die hohe Sichtbarkeit von Neutronen leichterer Elemente wie Wasserstoff und Lithium die direkte Beobachtung wichtiger Batterieprozesse wie Lithiumdiffusion Elektrolytverbrauch und Gasbildung Aktuell arbeiten Forscher daran die Neutronenbildgebung so zu verbessern dass sie mit der räumlichen und zeitlichen Auflösung heutiger CT-Scans mithalten kann Diese Bildgebungstechnologie kann dazu beitragen die Herausforderungen der aktuellen und der nächsten Generation von Batterien in Bezug auf die chemischen Abläufe besser zu bewältigen Last but not least haben sich einige Forscher für eine tiefergehende Analyse der nichtstrukturellen Bedingungen innerhalb einer Batterie der Elektronenmikroskopie zugewandt Mit ihr können die elektrochemischen Reaktionen innerhalb einer Batterie sichtbar gemacht werden Wie bei der Neutronenmikroskopie stellt die Auflösung dabei immer noch eine Herausforderung dar doch sind hier sehr schnelle Fortschritte zu verzeichnen Mit der Modellfamilie Z-Trak2 ermöglicht Teledyne Dalsa wirtschaftliche Lösungen für die 3D-Inline-Inspektion mit hohen Geschwindigkeiten Bild Teledyne Dalsa Gerard White ist Senior Business Development Manager bei Teledyne Dalsa in Krailling Web-Tipp Nähere Informationen zur Arbeit des Battery Innovation Center BIC finden sich hier https bit ly 43vVv5m