Eine der größten Herausforderungen bei der Entwicklung und Optimierung der Batterietechnologie ist die Schwierigkeit, die Vorgänge im Inneren der Batterie selbst zu beobachten.
Es gibt jedoch einen neuen Verbündeten auf dem Weg in die Zukunft der Energiespeicherung - die Magnetresonanztomographie, auch bekannt als MRT. Diese Technologie, die im Allgemeinen an medizinische Diagnosegeräte erinnert, ermöglicht es Forschern, Vorgänge im Inneren aktueller Lithium-Ionen-Batterien (Li-Ion) zu diagnostizieren und hilft bei der Entwicklung der Batterie der Zukunft, der Natriumbatterie.
Lithium-Ionen-Diagnose mittels MRI
Mit dem Fortschreiten der tragbaren Technologie und der Veränderung der Formfaktoren ergeben sich neue Herausforderungen hinsichtlich der Form und Größe der für diese Geräte erforderlichen Li-Ionen-Batterien. In den letzten Jahren gab es immer wieder Berichte über Fehlfunktionen von Akkus, darunter Überhitzung, Anschwellen und sogar Explosionen. Leider ist die Untersuchung und Diagnose von Problemen, die innerhalb eines Akkus auftreten könnten, fast unmöglich, ohne den betreffenden Akku zu zerstören.
Hier kommen die MRTs ins Spiel. Mit dieser Technologie können winzige Veränderungen in einer Magnetfeldkarte gemessen werden, die sich perfekt für die Analyse der Funktionsweise einer Batterie eignet, während sie in Bewegung ist.
Mithilfe von MRTs können die Forscher den Ladezustand und eine Reihe von defekten oder fehlenden Komponenten bestimmen, die bei der Herstellung auftreten können. Diese Diagnosen können dann bei der Verbesserung der Batterien, der Verringerung der Ausfallraten und der Verbesserung der Leistung eingesetzt werden.
Natriumüberwachung mit MRI
Natriumbatterien, einer der führenden Kandidaten für die Ablösung der derzeitigen Li-Ionen-Batterien, haben eine vielversprechende Zukunft in der Entwicklung alternativer Energiegeräte und -technologien. Das Verständnis des Innenlebens von Natriumbatterien wirft jedoch die gleichen Probleme auf wie die Diagnose der Vorgänge in Li-Ionen-Batterien - man kann das Innenleben einfach nicht in Bewegung beobachten, ohne die Batterie zu zerstören.
Glücklicherweise wurde ein Verfahren entwickelt, bei dem MRTs eingesetzt werden, um die Bewegungen von Natrium-Metallionen zu erkennen und zu verfolgen, so dass die Forscher einen Blick darauf werfen können, was im Inneren von Natriumbatterien passiert, während es passiert. Diese Beobachtungsmethode bietet eine Möglichkeit, die Wechselwirkungen zwischen Natrium und verschiedenen Anoden- und Kathodenmaterialien sowie das Wachstum verzweigter Strukturen, so genannter Dendriten, zu überwachen, die ein Versagen der Batterie oder sogar einen Brand verursachen könnten.
Da die Wechselwirkungen innerhalb der Natriumbatterien sichtbar sind, können die Wissenschaftler Fehler erkennen und Möglichkeiten zur Vermeidung dieser Fehler entwickeln, während sie gleichzeitig die Fähigkeiten der Natriumbatterietechnologie optimieren.
Batterietechnologie für heute und morgen
Mit diesen relativ neuen Anwendungen der MRT-Technologie in den Bereichen Energiespeicherung und -optimierung haben sich vor unseren Augen neue Wege des Fortschritts aufgetan.
Der Einsatz von Kernspintomographen für die Untersuchung des Innenlebens funktionierender Batterien ermöglicht uns nicht nur eine völlig neue Sichtweise, sondern auch einen Blick in die Zukunft der Energie.
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