Ivana Pivarníková erhält den Edward-Steers-Gedenkpreis 2024 für das beste Glow-Discharge-Paper

Die Ergebnisse helfen Forschern, besser zu verstehen, wie sich Lithium in Batterieelektroden bewegt und ansammelt – Erkenntnisse, die für die Verbesserung der Sicherheit, Lebensdauer und Effizienz von Lithium-Ionen-Batterien der nächsten Generation von entscheidender Bedeutung sind. Ivana Pivarníková teilt sich den Preis mit ihrem Co-Autor Marius Flügel (ZSW Ulm).

Fortschritte in der Batterieforschung durch präzise Lithiumanalyse

Die Studie behandelt eine zentrale analytische Herausforderung bei der Untersuchung gebrauchter Lithium-Ionen-Batterien: die genaue Bestimmung der Tiefenverteilung von Lithium unterhalb der Oberfläche von Si/Graphit-Anoden. Die Autoren vergleichen zwei sich ergänzende Messverfahren und erklären, warum sie zu unterschiedlichen Ergebnissen kommen können.

Bei der Glimmentladungs-Optischen Emissionsspektroskopie (GD-OES) werden dünne Oberflächenschichten mit einem Argonplasma schrittweise entfernt; das ausgesandte Licht zeigt dann die Anwesenheit von Elementen in verschiedenen Tiefen. Dieser Prozess kann jedoch die Ergebnisse verfälschen, da einige Elemente, wie beispielsweise Lithium, schneller entfernt werden als andere – ein Phänomen, das auch als “bevorzugtes Sputtern” bezeichnet wird. Ivana Pivarníková und ihr Team fanden heraus, dass dieser Effekt besonders ausgeprägt bei gealterten Batterieanoden ist, in denen Lithium an der Oberfläche eingeschlossen oder abgeschieden sein kann, was irreführende Tiefenprofile erzeugt. Als erste, die GD-OES mit der Neutronentiefenprofilierung (NDP) verglichen haben, einer Methode, die die Lithiumverteilung ohne Materialentfernung misst, konnten die Forscher eine Korrekturmethode für die GD-OES-Datenanalyse auf der Grundlage des stabilen Argonsignals entwickeln. Diese Anpassung verbessert die Genauigkeit der Lithium-Tiefenmessungen mit GD-OES erheblich.

Der Edward Steers Memorial Award wird jährlich von der European Working Group for Glow Discharge Spectroscopy (EW-GDS) in Gedenken an Professor Edward Steers verliehen, dessen Forschungsarbeit maßgeblich zur Entwicklung analytischer Glimmentladungsmethoden beigetragen und die internationale Zusammenarbeit auf diesem Gebiet gefördert hat. Der Preis würdigt sein Vermächtnis, indem er jedes Jahr herausragende Beiträge zur analytischen Glimmentladung auszeichnet. Die eingereichten Paper werden nach wissenschaftlicher Qualität, Neuheitsgrad und Verständlichkeit bewertet; die Gewinner teilen sich ein Preisgeld von 1.000 € und erhalten eine Urkunde.