Neue Aufgaben für die Dichtheitsprüfung von Natrium-Ionen-Batterien?
Natrium-Ionen-Batteriezellen sind ein Trendthema, da die Natrium-Ionen-Technologie einige Vorteile gegenüber dem etablierten Lithium-Ionen-Konzept bietet. Natrium ist viel schwerer als Lithium, und Batteriezellen mit Natrium-Ionen-Technologie haben auch eine geringere Energiedichte. Aber sie bieten auch rund 40 Prozent niedrigere Batteriekosten, was ein wesentlicher Vorteil ist, um die Nutzung der Elektromobilität voranzutreiben und die Akzeptanz bei den Fahrzeugbesitzern zu erhöhen. Elektrofahrzeuge mit Natrium-Ionen-Batterien (SIB) könnten zu Preisen angeboten werden, die möglicherweise sogar unter denen der traditionellen Verbrennungsmotoren liegen.
Aber sind Natrium-Ionen-Zellen auch weniger anspruchsvoll, wenn es um ihre industrielle Produktion geht? Oder sollte man bei der Qualitätssicherung die gleiche Sorgfalt walten lassen wie bei Lithium-Ionen-Zellen? Wir versuchen hier, diese Fragen zu beantworten.
Versagensarten von Natrium-Ionen-Batteriezellen und Anforderungen an die Dichtheitsprüfung
Betrachtet man die Ausfallmechanismen bei Natrium-Ionen-Zellen, so stellt man fest, dass die Integrität der Zelle genauso wichtig ist wie bei Lithium-Ionen-Zellen. So kann beispielsweise eindringender Wasserdampf auf ganz ähnliche Weise mit dem Elektrolyt in der Zelle reagieren und hochgiftige und korrosive Flusssäure bilden - was etwaige Lecks noch verstärkt. Obwohl die Brandgefahr bei Natrium-Ionen-Zellen deutlich geringer ist als bei Lithium-Ionen-Zellen, ist der zentrale Zweck der verschiedenen Dichtheitsprüfungen bei der Produktion von Lithium-Ionen-Zellen nicht nur die Reduzierung der Brandgefahr, sondern auch die Sicherung der Kapazität einer Zelle über die vorgesehene Lebensdauer. Denn je mehr Elektrolyt aus einer Zelle austritt, desto mehr nimmt ihre Kapazität ab. Dieses Problem muss bei der Herstellung von Natrium-Ionen-Zellen genauso angegangen werden wie bei Lithium-Ionen-Zellen. Da der gleiche Ausfall verhindert werden soll, entsprechen die Anforderungen an die Auslaufrate denen für Lithium-Ionen-Batterien (LIB) und liegen typischerweise im Bereich von 10-6 mbar-l/s.
Lösungen für die Dichtheitsprüfung von Natrium-Ionen-Batterien
Angesichts all dieser Qualitätssicherungs- und Dichtheitsprüfungsaufgaben in der Massenproduktion gibt es aber auch eine gute Nachricht: Die für Lithium-Ionen-Zellen bereits bewährten Dichtheitsprüfungsmethoden können auch auf Natrium-Ionen-Zellen übertragen werden. Da für Lithium-Batteriezellen typischerweise die gleichen Elektrolyt-Lösungsmittel verwendet werden, kann die direkte Lecksuchmethode - das Aufspüren von Elektrolyt-Lösungsmittel, das aus einer defekten Batteriezelle in eine Vakuumkammer ausläuft - eingesetzt werden.
Der ELT3000 PLUS Batterie-Lecksucher ist perfekt für Natrium-Ionen-Batteriezellen geeignet. Er kann Lecks bis in den Mikrometerbereich zuverlässig aufspüren und das bei einem hohen Durchsatz von mehr als 100 Zellen pro Minute. Er ist für alle Zellenformate geeignet - ob zylindrische Zellen, Knopfzellen, Pouch-Zellen oder prismatische Zellen. Und es kann eine Vielzahl unterschiedlicher Elektrolyt-Lösungsmittel detektieren - für die Chemie von heute und auch für die von morgen.
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