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Titel:Neue experimentelle Methoden zur räumlich hochaufgelösten Charakterisierung von Diffusionsprozessen in Batterie-Elektrodenmaterialien auf Basis der Rasterkraftmikroskopie
Autor:Renz, Diemo
Weitere Beteiligte: Roling, Bernhard (Prof. Dr.)
Veröffentlicht:2021
URI:https://archiv.ub.uni-marburg.de/diss/z2021/0479
URN: urn:nbn:de:hebis:04-z2021-04791
DOI: https://doi.org/10.17192/z2021.0479
DDC: Chemie
Publikationsdatum:2021-08-19
Lizenz:https://rightsstatements.org/vocab/InC-NC/1.0/

Dokument

Schlagwörter:
Polarisation, Batterie, Diffusion, Elektrode, transport properties, Transporteigenschaften, Rasterkraftmikroskopie, Elektrochemische Verformungsmikroskopie, Depolarisation, electrochemical strain microscopy, Lithiumionenbatterie, Ambipolare Diffusion, lithium ion battery

Zusammenfassung:
Batteriebasierte Energiespeicher – darunter insbesondere die Lithiumionenbatterie – stellen eine Schlüsseltechnologie zur erfolgreichen Bewältigung der Energiewende dar. Moderne Lithiumionenbatterien sind hochkomplexe, partikulär aufgebaute Systeme, deren Materialdesign ein tiefgehendes Verständnis der involvierten Transportprozesse erfordert. Bisher mangelt es an Analytikmethoden zur Untersuchung dieser Transportprozessen mit räumlicher Hochauflösung, um einzelne, nanoskopisch kleine Bestandteile einer Batterie zu charakterisieren und somit mögliche Schwachstellen exakt identifizieren zu können. In der vorliegenden Arbeit soll ein Beitrag zur Schließung dieser Lücke aufgezeigt werden. Es werden zwei neuartige Methoden zur nanoskaligen Analytik an Batteriematerialien entwickelt und vorgestellt. Beide Methoden basieren auf dem Einsatz der Rasterkraftmikroskopie. Der Fokus der Untersuchungen liegt dabei insbesondere auf der räumlich hochaufgelösten Quantifizierung der ambipolaren Diffusion in Batterie-Elektrodenmaterialien, welche einen fundamental wichtigen Transportprozess in Lithiumionenbatterien darstellt.

Summary:
Battery-based energy storage systems - including the lithium ion battery in particular - represent a key technology for successfully mastering the energy transition. Modern lithium ion batteries are highly complex, particulate systems whose material design requires an in-depth understanding of the transport processes involed. Until now, there has been a lack of analytical methods to investigate transport processes with high spatial resolution in order to characterize individual, nanoscopically small components of a battery and thus accurately identify potential bottlenecks. In the present work, a contribution to fill this gap is demonstrated. Two novel methods for nanoscale analysis on battery materials are developed and presented. Both methods are based on the atomic force microscopy. The focus of the investigations is in particular on the spatially high-resolution quantification of ambipolar diffusion in battery electrode materials, which is a fundamentally important transport process in lithium ion batteries.


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