ZEISS #measuringhero Award

Gewinner der Kategorie: Außergewöhnlichstes Partikelbild

Die Oberfläche einer Anode aus einer Lithium-Ionen-Batterie ist auf dem Partikelbild von Andreas Kopp von der Hochschule Aalen, Institut für Materialforschung zu sehen. "Da die Batteriezellen zur Untersuchung geöffnet werden müssen, kann es zu Nebenreaktionen des Elektrolyten kommen. Dabei können Fluoride abgesetzt werden. Die Fluoride kristallisieren in einem Ionengitter in einem kubischen Kristallsystem... oder bilden einen Borg-Würfel", sagt er über sein Bild, das mit dem ZEISS Crossbeam 550 aufgenommen wurde. Dieses außergewöhnliche Bild ist unserer Jury besonders im Gedächtnis geblieben.

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Andreas Kopp

  • Unternehmen: Institut für Materialforschung (IMFAA), Hochschule Aalen
  • Branche: Wissenschaft & Forschung
  • Land: Deutschland
  • Meine Leidenschaft für Qualitätssicherung: Bekannte Grenzen zu verschieben, um einen tieferen Einblick zu bekommen
  • Lieblings-ZEISS Produkt: ZEISS Crossbeam 550
  • Warum ZEISS: Hohe Auflösung und korrelative Arbeitsabläufe zwischen verschiedenen Technologien sind eine große Hilfe in der wissenschaftlichen Forschung. Die Qualität der Bilder von ZEISS Mikroskopen ist einzigartig.
  • Deine Botschaft an die gesamte #measuringhero-Community da draußen: Bleibt neugierig - es gibt noch viel mehr zu sehen!

Warum ist es wichtig, die genaue Mikrostruktur einer Batteriezelle zu kennen?

Die Funktion und die Lebensdauer einer Batterie werden hauptsächlich durch ihre Mikrostruktur beeinflusst. Um qualitativ hochwertige Batterien herzustellen, muss man die Mikrostruktur kennen und wissen, wie sie durch verschiedene Produktionsschritte beeinflusst wird. Darüber hinaus erfordern die hohen Anforderungen, z. B. bei Autobatterien, ein tieferes Verständnis aller Aspekte der Batterieproduktion und der Batteriealterung. Dazu gehören sowohl die Materialien als auch die verschiedenen Produktionsprozesse und deren Einfluss auf die Zellqualität.
Es ist noch viel Forschung nötig, um die Auswirkungen von Defekten zu bestimmen. Typische mikrostrukturelle Defekte, die man in einer Batterie finden kann, sind Poren, Risse, Fremdpartikel und Schichtdickenabweichungen. Auch die notwendigen Toleranzgrenzen für solche Defekte sind heute noch nicht bekannt, sind aber sehr wichtig, um natürliche Ressourcen effizient zu nutzen und die Produktionskosten zu senken.

Welche Rolle spielt ZEISS in Deiner täglichen Arbeit am Institut für Materialforschung der Hochschule Aalen?

Wir nutzen viele ZEISS Geräte aus den Bereichen CT, Lichtmikroskopie und Rasterelektronenmikroskopie. Hochwertige, teilweise korrelierte Bilder und Daten sind für die Arbeit in unserem Institut unerlässlich. Unser Ziel ist es, durch die Analyse der Mikrostruktur in den Bildern weitere Informationen über die Materialien zu gewinnen. Deshalb verwenden wir innovative Algorithmen für maschinelles Lernen. Mit minderwertigen Daten kann man keine hochwertigen Ergebnisse erzielen. Unsere Untersuchungen beginnen daher immer mit der Frage, wie wir an qualitativ hochwertige Daten gelangen können. ZEISS spielt für uns eine wichtige Rolle, um diese hochwertigen Daten zu erhalten.

Für welche Zwecke wird der ZEISS Crossbeam 550 im Institut eingesetzt?

Der ZEISS Crossbeam 550 mit dem fokussierten Ionenstrahl kann die Probe schneiden und erzeugt sehr feine Oberflächen von hoher Qualität. Diese Oberflächen werden mit weiteren Techniken wie EDX, EBSD oder SIMS untersucht. Je nach Probe und Material ist das Ziel der Untersuchung unterschiedlich. Mögliche Untersuchungen sind die chemische Zusammensetzung und Elementverteilung an Korngrenzen in magnetischen Materialien oder in Proben, die durch additive Fertigung hergestellt wurden. In Batterien suchen wir nach Mikrostrukturabweichungen und der chemischen Zusammensetzung von Fremdpartikeln, um deren Ursprung zu identifizieren. Andererseits untersuchen wir funktionelle Partikelbeschichtungen wie Si auf Graphitpartikeln oder Ablagerungsschichten, die während der Batteriealterung entstehen, um die Lebensdauer der Batterie zu verbessern.