JGU: Wissenschaftler nutzen Atommagnetometrie um Zustand wiederaufladbarer Batterien festzustellen

Forscher misst Ladezustand von Batterien berührungslos

Yinan Hu aus der Arbeitsgruppe von Dmitry Budker mit einer Batterie vor dem Apparat zur Messung des Ladezustands. © Arne Wickenbrock

Mit Hilfe der Atommagnetometrie ist es Wissenschaftler der Johannes-Gutenberg-Universität sowie des Helmholtz-Institut Mainz gelungen, den Ladungszustand von wiederaufladbaren Batterien festzustellen. Mit dieser berührungslosen Methode ist eine sensitive, genaue Diagnostik möglich.

Der Erfolg vieler neuer Entwicklungen wird davon abhängen, ob die Herstellung und Verwendung von Akkus mit einer ausreichenden Kapazität und einer langen Lebensdauer einhergehen. "Die Qualitätssicherung von wiederaufladbaren Batterien ist eine wichtige Herausforderung. Berührungslose Methoden können hier potenziell neue Impulse setzen", erklärt Arne Wickenbrock aus der Arbeitsgruppe von Professor Dmitry Budker am Institut für Physik der Johannes Gutenberg-Universität Mainz (JGU) und dem Helmholtz-Institut Mainz (HIM). Die Arbeitsgruppe hat hier einen Durchbruch erzielt, indem Atommagnetometer für die Messung zum Einsatz kamen. Gemeinsam mit Professor Alexej Jerschow von der New York University haben sie ein Konzept entwickelt und die Experimente in Mainz vorgenommen.

"Unsere Methode macht im Prinzip dasselbe wie die Magnetresonanztomografie, aber sie ist einfacher, weil wir Atommagnetometer benutzen", so Wickenbrock, der die Untersuchungen leitete. Atommagnetometer sind optisch gepumpte Magnetometer, die gasförmige Atome als Sonden für ein Magnetfeld verwenden. Sie sind kommerziell erhältlich und kommen in der industriellen Anwendung und in der Grundlagenforschung zum Einsatz. In der Arbeitsgruppe von Budker dienen Atommagnetometer für Grundlagenforschungen in der Physik, beispielsweise bei der Suche nach Dunkler Materie oder dem Rätsel, weshalb sich Materie und Antimaterie nach dem Urknall nicht sofort gegenseitig ausgelöscht haben.

Im Falle der Batterie-Messungen werden die Akkus in ein Hintergrundmagnetfeld gelegt. Die Akkus verändern dieses Hintergrundmagnetfeld und die Veränderung wird mit Atommagnetometern gemessen. "Die Veränderung gibt uns Aufschluss über den Ladungszustand des Akkus, also wie stark die Batterie noch geladen ist, und über eventuelle Beschädigungen", so Wickenbrock. "Das Verfahren ist schnell und kann nach unserer Einschätzung auch gut in Produktionsabläufe integriert werden." Dass ein Bedarf für die Feststellung von Defekten an Batteriezellen besteht, zeigen unter anderem immer wiederkehrende Berichte über schwere Verletzungen bei der Explosion von E-Zigaretten oder die Beschränkungen bei der Mitnahme bestimmter Handytypen in Flugzeugen. Quelle: Johannes Gutenberg-Universität Mainz /al

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