Auf der Magnetresonanztomographie basierende Methode ermöglicht ein umfassendes Bild über die Prozesse im Inneren
Wien/New York - Üblicherweise nützt man Magnetresonanztomographie (MR)
in der medizinischen Diagnostik, um einen präzisen Blick ins Körperinnere zu
bekommen. Wissenschafter haben nun eine Methode entwickelt, wie man mit Hilfe
von MR in das Innere von Batterien schauen und ihren Zustand überprüfen kann.
Die neue Technik könnte auch dazu genutzt werden, bessere Akkus zu entwickeln,
erklärte der an der Studie beteiligte österreichische Chemiker Alexej Jerschow
von der New York University (NYU). Die Arbeit wurde vor kurzem in der
Fachzeitschrift "Nature Materials" veröffentlicht.
Bei der MR werden starke Magnetfelder und elektromagnetische Wechselfelder im
Radiofrequenzbereich dazu genutzt, die Kerne von Wasserstoffatomen im Körper
anzuregen. Wenn die Atomkerne wieder auf ihr ursprüngliches Energieniveau
zurückfallen, senden sie Radiowellen aus, die registriert werden. Daraus lässt
sich ein Bild des Körperinneren berechnen.
Methode
Üblicherweise haben Metalle bei einer MR-Untersuchung nichts zu suchen. Ein
Grund dafür ist, dass elektrisch leitende Oberflächen die Radiowellen
abschirmen. Jerschow und seine Kollegen haben dieses Verhalten zu ihrem Vorteil
genutzt. Weil die Radiowellen nicht in das Innere von Metallen eindringen, kann
man damit sehr genaue Untersuchungen ihrer Oberfläche durchführen. Die Technik erlaube es, die Oberfläche der Elektroden zu visualisieren sowie
den Elektrolyten zu charakterisieren. Noch sind die Wissenschafter aber nicht mit der Auflösung der Aufnahmen zufrieden,
die derzeit bei etwa 100 Mikrometer liegt - dies soll verbessert werden.
Einsatzmöglichkeiten
"Die Methode ermöglicht ein umfassendes Bild über die
Prozesse, welche die Leistung von Akkus einschränken - ohne diese dafür zerlegen
zu müssen", erklärte Jerschow im Gespräch. Konkret haben der Forscher und Clare Grey von der Cambridge University und der Stony Brook University in
weit verbreiteten Lithium-Ionen-Akkus direkt die Ablagerung von Lithium an
metallischen Elektroden beim Laden des Akkus beobachten können. Solche
Ablagerungen können sich auch wieder lösen und zu Schäden, einem Überhitzen und
sogar zur Explosion der Batterie führen.
Diese minimalen Veränderungen an der Oberfläche der Elektroden des Akkus zu
beobachten, könnte auch den Test verschiedener Batterie-Designs und -Materialien
unter normalen Betriebsbedingungen ermöglichen. Letztlich könnte dies zu
leichteren, sicheren und vielseitigen Akkus führen.
Die Methode könnte nach Ansicht der Wissenschafter auch in der
Materialwissenschaft dazu verwendet werden, Fehler und Haarrisse auf leitenden
Oberflächen festzustellen.
Jerschow hat an der Uni Linz Chemie studiert und hat sich
auf Kernspinresonanzspektroskopie-Methoden (NMR) spezialisiert. Nach dem Doktorat ging er an die Universität Lausanne (Schweiz) und als Erwin Schrödinger-Stipendiat an die University of
California in Berkeley. Seit 2001 ist er an der New York University tätig. (APA)
