Glow discharge techniques applied to lithium ion battery analysis

  • Glow Discharge Techniques Applied to Lithium-Ion Battery Analysis Beatrice Battistella, V. Hoffmann, A. Revill, S. Richter, S. Recknagel, C. Abad Seit ihrer Einführung haben Lithium-Ionen-Batterie (LIB) Technologien die Welt der tragbaren Elektronik und der nachhaltigen Mobilität revolutioniert [1] und sind dank ihrer langen Lebensdauer und ihrer unübertroffenen Energiedichte in vielen Bereichen nach wie vor unersetzlich. Angesichts des kontinuierlich wachsenden Marktvolumens der LIBs [2,3] und der begrenzten Verfügbarkeit der für ihre Herstellung benötigten Ressourcen ist die Entwicklung verbesserter Batterien der nächsten Generation erforderlich. Eine wesentliche Voraussetzung für diese Entwicklung ist ein tieferes Verständnis der Degradationsmechanismen in LIB-Zellen, das jedoch häufig durch die Komplexität der Systeme und die gleichzeitig ablaufenden Prozesse, die zum Versagen beitragen, erschwert wird. In diesem Zusammenhang zeigt unsere Arbeit, wie GlimmentladungstechnikenGlow Discharge Techniques Applied to Lithium-Ion Battery Analysis Beatrice Battistella, V. Hoffmann, A. Revill, S. Richter, S. Recknagel, C. Abad Seit ihrer Einführung haben Lithium-Ionen-Batterie (LIB) Technologien die Welt der tragbaren Elektronik und der nachhaltigen Mobilität revolutioniert [1] und sind dank ihrer langen Lebensdauer und ihrer unübertroffenen Energiedichte in vielen Bereichen nach wie vor unersetzlich. Angesichts des kontinuierlich wachsenden Marktvolumens der LIBs [2,3] und der begrenzten Verfügbarkeit der für ihre Herstellung benötigten Ressourcen ist die Entwicklung verbesserter Batterien der nächsten Generation erforderlich. Eine wesentliche Voraussetzung für diese Entwicklung ist ein tieferes Verständnis der Degradationsmechanismen in LIB-Zellen, das jedoch häufig durch die Komplexität der Systeme und die gleichzeitig ablaufenden Prozesse, die zum Versagen beitragen, erschwert wird. In diesem Zusammenhang zeigt unsere Arbeit, wie Glimmentladungstechniken dazu beitragen können, grundlegende Fragestellungen in der LIB-Analyse zu beantworten. Einerseits hat sich die GD OES als wertvolles Werkzeug zur Qualitätskontrolle bei der Elektrodenherstellung erwiesen und zeigt Potential bei der Analyse von Fluor für diagnostische Zwecke an Zellen. Andererseits wurde die GD MS in Post-Mortem-Analysen eingesetzt, um die Korrelation zwischen Veränderungen in der elementaren und isotopischen Verteilung an den Elektroden und der elektrochemischen Leistung der Zellen zu untersuchen. Insbesondere ermöglichte der Einsatz von GD-MS bei LIBs die Detektion und Lokalisierung einer Lithium-Isotopenfraktionierung innerhalb der Elektroden und setzte damit einen neuen Maßstab für die Untersuchung der Grenzflächen zwischen Elektrode und Elektrolyt. _____________________________ Since their introduction, lithium-ion battery (LIB) technologies have revolutionized the world of portable electronics and sustainable mobility [1], and they remain irreplaceable in several sectors thanks to their long cycle life and unmatched energy density. In view of the continuously growing LIB market [2,3] and the limited availability of the resources required for their manufacture, the development of improved next-generation batteries is needed. This requires a deeper understanding of degradation pathways in LIB cells, which is often hindered by the complexity of these systems and the concurrent processes that contribute to failure. In this context, our work demonstrates how glow discharge techniques can help address fundamental questions in LIB analysis. On one hand, GD-OES has proven to be a valuable tool for quality control in electrode manufacturing, showing potential in the analysis of fluorine for cell diagnostics. On the other hand, GD-MS applied in post-mortem analysis enabled correlation of changes in elemental and isotopic distributions within electrodes and the electrochemical performance of the cells. In particular, GD-MS analysis on LIBs allowed detection and depth localization of lithium isotope fractionation in the electrodes, establishing a new benchmark for the study of electrode-electrolyte interfaces.zeige mehrzeige weniger

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Autor*innen:Beatrice BattistellaORCiD
Koautor*innen:Volker Hoffmann, Adam Revill, Silke Richter, Sebastian Recknagel, Carlos Enrique Abad AndradeORCiD
Dokumenttyp:Vortrag
Veröffentlichungsform:Präsentation
Sprache:Englisch
Jahr der Erstveröffentlichung:2025
Organisationseinheit der BAM:1 Analytische Chemie; Referenzmaterialien
1 Analytische Chemie; Referenzmaterialien / 1.6 Anorganische Referenzmaterialien und Gasanalytik
DDC-Klassifikation:Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften / Ingenieurwissenschaften / Angewandte Physik
Freie Schlagwörter:GD-MS; GD-OES; Lithium-Ion Battery
Themenfelder/Aktivitätsfelder der BAM:Energie
Energie / Elektrische Energiespeicher und -umwandlung
Veranstaltung:20th GD-Users Meeting, TAZ GmbH
Veranstaltungsort:Aichach, Germany
Beginndatum der Veranstaltung:01.10.2025
Enddatum der Veranstaltung:02.10.2025
Verfügbarkeit des Dokuments:Datei im Netzwerk der BAM verfügbar ("Closed Access")
Datum der Freischaltung:21.10.2025
Referierte Publikation:Nein
Eingeladener Vortrag (wissenschaftliche Konferenzen):Nein
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