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Bauteil-/Halbleiter-Test

Analyse von Batterieschäden mit hochauflösendem 3D-Computertomograph

ZSW Computertomograph18. Mai 2015 - Das Zentrum für Sonnenenergie- und Wasserstoff-Forschung Baden-Württemberg (ZSW) hat Anfang des Jahres einen Dual-Source-Röntgentomographen in Betrieb genommen, mit dem das Innenleben von Batterien zerstörungsfrei und mit hoher Auflösung untersucht werden kann. Mit dem neuen Gerät hat das europaweit renommierte Batterieforschungsinstitut sein Dienstleistungsangebot erweitert.

Der rund 2,5 Meter lange, 2 Meter hohe und 1,60 Meter breite Computertomograph wird hauptsächlich zur Post-Mortem-Analyse bei Schadensfällen sowie zur Qualitätssicherung neuer Produkte genutzt. Die Untersuchungen bieten die Basis für eine gezielte Verbesserung von Materialien und Prozessen im Rahmen der Elektroden- und Zellfertigung. Das Gerät ist darüber hinaus Teil der Entwicklung neuer Prüfmethoden für die Batterieindustrie.

Blick in kleinste Strukturen

Das System verfügt über zwei Röntgenröhren, die tiefe Einblicke in den inneren Aufbau der Akkumulatoren und ihrer Bestandteile ermöglichen: Die Mikrofokusröhre mit 300 Kilovolt (KV) Spannung eignet sich vor allem für die Durchleuchtung größerer Zellen und ganzer Batteriemodule. Mit dieser kann eine Detailerkennbarkeit bis 1 μm erreicht werden. Die Nanofokusröhre bringt es sogar auf winzige 0,5 μm – also die Hälfte eines Tausendstel-Millimeters.

"Wir können jetzt kleinste Anomalien und Strukturänderungen im Zellinneren dreidimensional sichtbar machen", berichtet Prof. Werner Tillmetz, ZSW-Vorstand und Leiter des Geschäftsbereichs Elektrochemische Energietechnologien. "Damit werden entscheidende Erkenntnisse zur Optimierung von Zellen und zu den Produktionsprozessen gewonnen."

Zur Untersuchung werden die elektrochemischen „Patienten“ auf einem präzise rotierenden Probenteller fixiert und dann wahlweise mit der entsprechenden Röhre durchleuchtet. Der Rotationsdurchmesser kann bis zu 50 Zentimeter betragen, die Proben können bis zu 80 Zentimeter hoch sein. Für die Untersuchung von Batteriemodulen ist das eine wichtige Voraussetzung.

Die Wissenschaftler des Ulmer Instituts haben bereits mehr als 600 Post-Mortem-Analysen an sämtliche Batterietypen, von konventionellen Bleibatterien über Lithiumbatterien bis hin zu neuen Super Caps, durchgeführt. Ob Rundzellen, Pouchzellen oder prismatische Zelldesigns; bis zu einer Kapazität von 400 Amperestunden werden alle Formate fachgerecht unter die Lupe genommen. Die untersuchten Batterien sind überall im Einsatz, etwa in Elektroautos, Solarstromspeichern, Mobiltelefonen, Tablet-Computern, Navigationssystemen und E-Bikes.

Verantwortlich für die Schadensbeurteilungen im ZSW ist ein vom Bundesverband Deutscher Sachverständiger des Handwerks (BDSH) geprüfter Sachverständiger mit über zwanzigjähriger Erfahrung in der Batterieforschung.

Das Zentrum für Sonnenenergie- und Wasserstoff-Forschung Baden-Württemberg (ZSW) gehört zu den führenden Instituten für angewandte Forschung auf den Gebieten Photovoltaik, regenerative Kraftstoffe, Batterietechnik und Brennstoffzellen sowie Energiesystemanalyse. An den drei ZSW-Standorten Stuttgart, Ulm und Widderstall sind derzeit rund 230 Wissenschaftler, Ingenieure und Techniker beschäftigt. Hinzu kommen 70 wissenschaftliche und studentische Hilfskräfte.

www.zsw-bw.de/



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