Advanced Neutron Imaging for Solid-State Batteries in Action

Das Projekt nutzt die jüngsten Fortschritte bei der in-situ- und in-operando-Charakterisierung des Batteriebetriebs mit Neutronen und Röntgenstrahlen sowie die Fortschritte bei der Modellierung und Simulation, um das Verständnis der gekoppelten elektrochemisch-mechanischen Prozesse in Lithium-basierten Energiespeichersystemen zu verbessern. Das Projekt konzentriert sich auf die Anwendung von dualen, multispektralen, hochauflösenden und Hochgeschwindigkeitsbildgebungstechniken, um die Verteilung und Bewegung der Lithium-Ionen in Festkörperbatteriematerialkomponenten und in kompletten Geräten sichtbar zu machen.

Die folgenden Partner sind am ANISSA-Projekt beteiligt: Die Universität Münster und die Universität Uppsala, welche die Entwicklung von Festkörperbatterien leiten werden, die Universität Lund und das Helmholtz-Zentrum Berlin, die das experimentelle und analytische Fachwissen bereitstellen werden, sowie die European Spallation Source (ESS) in Schweden und das Institut Laue-Langevin (ILL) in Frankreich, die als führende Großanlagen teilnehmen und die Mittel für die experimentelle Charakterisierung der Batterien bereitstellen werden.

Im Projekt werden die jüngsten Fortschritte in der in-situ- und in-operando-Charakterisierung des Batteriebetriebs mit Neutronen und Röntgenstrahlen sowie die Fortschritte bei der Modellierung und Simulation genutzt, um das Verständnis der gekoppelten elektrochemisch-mechanischen Prozesse in Lithium-basierten Energiespeichersystemen zu verbessern.

Das Projekt konzentriert sich auf die Anwendung von dualen, multispektralen, hochauflösenden und Hochgeschwindigkeitsbildgebungstechniken, um die Verteilung und Bewegung der Lithium-Ionen in Festkörperbatteriematerialkomponenten und in kompletten Geräten sichtbar zu machen.

Drei wichtige Entwicklungen im Bereich der Bildgebung sind vorgesehen:

1. Eine kombinierte hochauflösende Röntgen- und Neutronenbildgebungsmethode mit deutlich verbesserter räumlicher Darstellung, um die Mobilität und Verteilung von Lithium mit morphologischen Veränderungen in Festkörperbatterien in Verbindung zu bringen und mit deren elektrochemischer Leistung während des Betriebs zu korrelieren. Dies wird die erste Dual-Mode-Anlage mit einer hohen räumlichen Auflösung von wenigen Mikrometern sein, die für die Untersuchung einzelner Batteriepartikel erforderlich ist.

2. Eine neuartige Isotopen-Kartierungstechnik in Kombination mit 5D-Multispektralbildgebung (3D-Raum plus Zeit plus energieselektiv) zur Nutzung der Kontrastunterschiede zwischen Li-6, Li-7 und Li-nat, um wichtige Informationen über die dynamischen Eigenschaften der Lithiumdiffusion während des Batteriebetriebs zu liefern.

3. Ein optimiertes Zelldesign für multimodale und multispektrale korrelative Bildgebung in Kombination mit einer speziellen tragbaren in-situ-Probenumgebung für den Betrieb und die Konditionierung von Festkörperbatterien zur Verwendung in der ESS, sobald diese in Betrieb genommen wird.

Quellen:

https://ess.eu/article/2022/05/09/unique-insights-solid-state-batteries-through-new-research-collaboration

https://news.cision.com/european-spallation-source-eric/i/anissa-project-credit-i-manke-hzb,c3047513

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2666032625000869 (jüngste Zugriffe: 26.11.2025)