Wie kann ein Potentiostat zur Untersuchung von Batterieleistung und -verschlechterung eingesetzt werden?
Batterien sind Systeme, die elektrische Energie als chemische Energie speichern. Eine geladene Batterie besteht aus zwei Teilen mit unterschiedlichen Potentialen, die genutzt werden können, um dieses Potential an andere Geräte anzulegen. Es fließt ein Strom, und das angeschlossene Gerät wird mit Strom versorgt.
Mit elektrochemischen Messungen lassen sich Batterien charakterisieren, beispielsweise wie oft sie geladen und entladen werden können, wie viel Ladung in der Batterie gespeichert ist oder wie sich die Batterie im Laufe der Zeit verändert.
Es gibt mehrere Methoden zur Charakterisierung von Batterien. Welche davon angewendet wird, hängt in der Regel davon ab, welcher Parameter beobachtet werden soll. Die gebräuchlichsten Verfahren sind die elektrochemische Impedanzspektroskopie (EIS) und Lade-Entlade-Kurven.
Lade-Entlade-Kurven
Lade-Entlade-Kurven bestehen in ihrer einfachsten Form aus zwei Schritten mit konstantem Strom, die sich wiederholen. Im ersten Schritt wird ein Strom angelegt, um die Batterie aufzuladen, bis ein bestimmtes Potential erreicht ist. Dann wird die Stromrichtung umgekehrt, um die Batterie zu entladen, bis ein bestimmtes Potential erreicht ist. Wie Sie Lade-/Entladezyklen durchführen, erfahren Sie in einem unserer Lehrvideos.
Batterieforscher untersuchen beispielsweise, wie viel Ladung bei jedem Zyklus in der Batterie gespeichert und aus ihr entnommen wird, um die Lebensdauer der Batterie vorherzusagen. Das Verhältnis zwischen der eingespeisten und der entnommenen Ladung wird beobachtet, um den Wirkungsgrad abzuschätzen.
Elektrochemische Impedanzspektroskopie
EIS kann den Beitrag der verschiedenen Komponenten zur Gesamtimpedanz Ihrer Batterie ermitteln. Dadurch können viele Veränderungen im Inneren der Batterie überwacht werden, ohne dass die Batterie geöffnet werden muss. So kann beispielsweise die Bildung der Festkörper-Elektrolyt-Grenzfläche (SEI) beobachtet werden. Für weitere Einzelheiten über EIS empfehlen wir den Artikel in unserer Wissensdatenbank.