Ontwikkelaars van Bosch en wetenschappers van de Technische Universiteit van München (TUM) gebruiken neutronen om het vullen van lithium-ionbatterijen voor hybride auto's met elektrolyten te analyseren. Hun experimenten tonen aan dat elektroden in vacuüm twee keer zo snel bevochtigd worden als onder normale druk.

Een van de meest kritische en tijdrovende processen bij de productie van batterijen is het vullen van lithiumcellen met elektrolytvloeistof na het plaatsen van de elektroden in een batterijcel. Terwijl het eigenlijke vulproces slechts enkele seconden duurt, batterijfabrikanten wachten vaak enkele uren om ervoor te zorgen dat de vloeistof volledig wordt geabsorbeerd in de poriën van de elektrodenstapel.

Het feit dat neutronen niet gemakkelijk worden geabsorbeerd door de metalen batterijbehuizing, maakt ze ideaal voor het analyseren van batterijen. Dus, Bosch-medewerkers, in samenwerking met wetenschappers van de TU München en de Universiteit van Erlangen-Neurenberg, onderzocht het vulproces bij de neutronenbeeldvormings- en tomografiefaciliteit ANTARES van de onderzoeksneutronenbron FRM II.

Sneller in een vacuüm

Fabrikanten van lithiumcellen vullen de lege cellen vaak in een vacuüm. Het proces wordt indirect bewaakt door middel van weerstandsmetingen. "Om ervoor te zorgen dat alle poriën van de elektroden gevuld zijn met de elektrolyt, fabrikanten bouwen grote veiligheidsmarges in, ", zegt Bosch-ontwikkelaar Dr. Wolfgang Weydanz. "Dat kost tijd en geld."

In het licht van de neutronen, de wetenschappers erkenden dat in een vacuüm de elektroden in iets meer dan 50 minuten volledig nat waren. Onder normale druk, dit duurt ongeveer 100 minuten. De vloeistof verspreidt zich gelijkmatig in de batterijcel van alle vier zijden, van buiten naar binnen.

In aanvulling, de elektroden nemen onder normale druk tien procent minder elektrolyt op. De boosdoener zijn gassen die het bevochtigingsproces belemmeren, zoals de wetenschappers voor het eerst konden aantonen met behulp van de neutronen.