TRUMPF verbessert E-Auto-Batterien mit lasergetriebenen Röntgenquellen

Ditzingen, 28. Februar 2024 – Die Hersteller von E-Auto-Batterien könnten künftig mit kompakten Röntgenstrahlquellen die Haltbarkeit und Leistungsfähigkeit von E-Auto-Batterien weiter verbessern. Die Entwicklungspartnerschaft XProLas hat jetzt unter der Leitung von TRUMPF begonnen, diese lasergetriebenen Röntgenquellen zu entwickeln. Bis 2026 sollen erste Demo-Anlagen entstehen. Mit diesen Anlagen können die Hersteller künftig das Laden und Entladen der Batterien in Echtzeit beobachten oder Verunreinigungen in der Batterie besonders präzise bestimmen. Die Erkenntnisse fließen in die Entwicklung neuer Batterien ein. Mit den Rückschlüssen aus den Untersuchungen können die Hersteller etwa die Ladegeschwindigkeit verbessern. Bislang können Unternehmen solche Untersuchungen nur an großen, über 100 Meter langen Teilchenbeschleunigern machen. Die Forschungsplätze an diesen Großforschungsanlagen sind selten. Die lasergetriebenen Röntgenquellen sind nur etwa so groß wie ein Wohnwagen und dementsprechend günstiger in der Herstellung. Sie sind deshalb ideal für den Einsatz in der Industrie.

Das Hochtechnologieunternehmen TRUMPF bringt in die Partnerschaft seine Kompetenz in der Herstellung von Lasern für den Industrieeinsatz ein. BASF und Cellforce stellen für die Untersuchungen Batteriematerialien und -komponenten zur Verfügung. Ushio Germany und Excillum steuern ihre Kompetenz im Bereich der Strahlquellen bei. Bruker und Viscom kümmern sich um den Bau der Anlagen. Auf akademischer Seite sind die Universität Hannover und die Fraunhofer Institute in Aachen und Jena treibende Kräfte. Das Forschungsbudget beträgt rund 15 Millionen Euro und das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) fördert das Projekt.

Röntgenstrahlen für bessere Batterien von E-Autos

Im Rahmen des Entwicklungsprojekts XProLas soll auch eine kompakte, hochbrillante Röntgenquelle für die Analyse des Kathodenmaterials von E-Auto-Batterien entstehen. Das Material, aus dem die Kathoden der E-Auto-Batterien sind, ist von zentraler Bedeutung für die Leistung und Zuverlässigkeit der Batterien von Elektrofahrzeugen. Die genaue Zusammensetzung des Kathodenmaterials lässt sich nur mit Röntgenstrahlen bestimmen. Auch in diesem Anwendungsfeld können die kompakten, lasergetriebenen Varianten die Großforschungsanlagen ersetzen. Hersteller von Kathodenmaterial können dadurch ihre Entwicklungsarbeit beschleunigen.

Der Laser dient bei der Erzeugung der Röntgenstrahlung als sogenannte vorgelagerte Strahlquelle. Der Laserpuls trifft auf das sogenannte Target, ein Metall, wie Gallium, Indium oder Zinn. Es entsteht Plasma; das Plasma strahlt einen Teil der Energie als extrem kurzwelliges Licht zum Beispiel Röntgenstrahlen ab.

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