Elektrochemische Analysen
State-of-the-Art-Labor für die Bestimmung elektrochemischer Eigenschaften
Nutzen Sie unser elektrochemisches Labor für Analysen und Ihre Forschung an Batteriematerialien! Seit 2021 betreibt IBUvolt ein elektrochemisches Labor für die Entwicklung und Qualitätskontrolle unserer Kathodenmaterialien IBUvolt® LFP und IBUvolt® NMO. Wir haben Möglichkeiten zur Batterietestung sowie für die Untersuchung elektrochemischer Prozesse in der Batterie: Die Messung von Spannungen, Strömen und elektrischer Widerstände sowie die Durchführung von Potentiostaten- und Galvanostatenmessungen. Die Messergebnisse können wir für Sie auswerten und mithilfe von künstlicher Intelligenz analysieren.
Bestimmung der elektrochemischen Eigenschaften
Unser E-Chemie Labor in Weimar deckt alle Untersuchungsmethoden der Batteriematerialforschung unter einem Dach ab: von der chemisch-physikalischen Analytik und der Elektrodentechnologie bis zur Zellenvorbereitung und dem definierten Aufladen und Entladen unter klimatisierten Bedingungen. Im Fokus stehen Verständnis und Kontrolle der elektrochemischen Prozesse auf den Elektrodenoberflächen und im Volumen der aktiven Schicht.
Qualität und Performance der erprobten Batterieaktivmaterialien werden bestimmt, um die Leistungsparameter des Materials aus unserer Produktion zu bestimmen und die Erkenntnisse in der Weiterentwicklung berücksichtigen zu können.
Dr. Katja Kretschmer und ihr Team unterstützen Sie gerne bei Ihren analytischen Fragestellungen: Leiterin der Laboranalytik, Chemikerin, Technische Universität Carolo-Wilhelmina zu Braunschweig & University of Technology, Sydney, ~10 Jahre Berufserfahrung als Forscherin in Chemieingenieurwesen, Materialwissenschaften und Elektrochemie.
Vom Aktivpulver zum Batterietest im Labor
Der gesamte Prozess vom Pulvermaterial bis zur Zellpräparation wird mit einer modernen Ausstattung für die elektrochemische Untersuchung von Batteriematerialien in Knopfzellen (CR2016, CR2025 und CR2032) und Swagelok-Zellen abgedeckt.
Das Elektroden-Slurry wird unter kontrollierter Atmosphäre vorbereitet, mit Mikrometerpräzision aufgebracht und die Elektrode dann kalandriert, wobei Temperaturen bis 100 °C kontrolliert werden können. Die gestanzten Elektroden werden anschließend bis zu 300 °C unter Vakuum tiefengetrocknet und unter Argon-Atmosphäre in die Glovebox eingeschleust, wo der Zellaufbau bei kontrolliertem Sauerstoffgehalt und Feuchtigkeit erfolgt.
Zur Charakterisierung der Zellenzusammensetzung und für Materialtests verfügen wir über Apparate im Leistungsbereich bis ±5A und ±10V. So können wir neben den kapazitiven Spannungsmessungen auch verschiedene Pulsmethoden und ein Umschalten zwischen potentiostatischem und galvanostatischem Modus in unter 10μs umsetzen, auch für anspruchsvolle Charakterisierungsmethoden wie die elektrochemische Impedanzspektroskopie.
Ausstattung im E-Chemie Labor
- Von der Slurry bis zur fertigen Batteriezelle
- Zentrifugalmischer
- Slurry Coating Applikator mit Heizfunktion
- Vakuumofen mit Heizoption
- Schneidpresse
- Präzisionswaage
- Kalander mit Heizfunktion
- Hydraulischer Crimper mit Set für die Post-mortem-Analyse
- SP Glovebox mit Gasreinigung und kontrollierter Atmosphäre
Elektrochemische Tests
Batterietestsystem mit Leistungsbereich:
± 6V
± 5A
Potentiostat mit Leistungsbereich:
± 10V
± 1A
Ratentests: Knopfzellen LFP-Kathode / Li-Metall
Knopfzellengehäuse
Lithiumeisenphosphat (LiFePO4, LFP) Kathode
Lithium-Metall-Anode
Elektrolyt (z.B. LiPF6 in Carbonat-Lösungsmittel)
Separator (z.B. Polyethylen oder Glasfaser)
Zyklisierungsgerät (Batterietester)
Arbeitsschritte elektrochemischer Analysen bei IBUvolt
Lernen Sie unsere Vorgehensweise und das Auge fürs Detail kennen, mit dem wir auch Ihre Materialien analysieren!
Zellassemblierung
Die Knopfzelle wird in einer sauerstofffreien Umgebung (z. B. in einer Handschuhbox mit Argon oder Stickstoff) zusammengebaut. Die LFP-Kathode wird auf eine Aluminiumfolie aufgetragen und als Elektrode in der Zelle eingesetzt. Die Lithium-Metall-Anode wird auf eine Kupferfolie aufgebracht, der Separator dazwischen gelegt, der mit dem flüssigen Elektrolyt getränkt ist, um die Ionenleitung zu ermöglichen.
Initiale Formierung
Nach dem Zusammenbau wird die Zelle mit einer konstanten Stromladung bei einer niedrigen Rate (z. B. C/10, d.h. 10 Stunden für eine vollständige Ladung) geladen, um die Formierung der Zellkomponenten zu gewährleisten. Dies geschieht, um die volle Kapazität der Zelle zu aktivieren.
Ratentest durchführen
Ein Ratentest prüft die Zelle bei verschiedenen Entladeraten, typischerweise C/10, C/5, C/2, 1C, 2C usw. Für jede Rate wird die Zelle vollständig geladen und anschließend bis zur Entladeschlussspannung entladen (normalerweise ca. 2,5 V bei LFP-Kathoden). Zwischen den Raten wird die Zelle auf die ursprüngliche Kapazität zurückgeführt, um konsistente Messungen zu gewährleisten.
Datenaufzeichnung
Die Kapazität und die Spannung werden während des Tests kontinuierlich aufgezeichnet. Typischerweise wird beobachtet, dass die Kapazität bei höheren Entladeraten sinkt, was auf kinetische Einschränkungen der Zelle hinweist.
Analyse der Ergebnisse
Die Kapazität wird als Funktion der Entladerate aufgetragen. Diese Kurve zeigt, wie gut die Zelle hohe Ströme verkraftet, was auf die Leistung der LFP-Kathode und die Li-Metall-Anode hinweist.
Ratentest LFP
Die Abbildung zeigt eine typische Kurve, in der die Kapazität der Knopfzelle bei verschiedenen Entladeraten (C-Raten) aufgeführt ist.
In der Abbildung wird deutlich, dass die Kapazität bei höheren Raten abnimmt. Die Optimierung der Ratenfähigkeit ist beispielsweise interessant für schnell zu ladende Batterien.
