Anwendung der lokalen elektrochemischen Impedanzspektroskopie zur Untersuchung von Lithium-Ionen-Elektroden

Zur Charakterisierung von Lithium-Ionen-Zellen und -Elektroden werden unterschiedliche Methoden verwendet, die jedoch zumeist über die gesamte enthaltene Elektrodenfläche gemittelte Signale aufnehmen und keine lokal aufgelösten Informationen ermöglichen. Mit dem langfristigen Ziel, Einblicke in die räumliche Verteilung von Prozessen innerhalb einer Lithium-Ionen-Elektrode zu ermöglichen, wurde in dieser Arbeit die lokale elektrochemische Impedanzspektroskopie (LEIS) auf ihre grundsätzliche Anwendbarkeit zur Untersuchung dieser Elektroden überprüft. Da die Methode LEIS traditionell für die Betrachtung von Korrosionsphänomenen in wässrigen Systemen genutzt wird, waren zunächst einige Anpassungen des experimentellen Aufbaus notwendig, die gemeinsam mit den vorausgegangenen Überlegungen dargestellt sind. Anschließend wurde dieser angepasste Aufbau mithilfe mehrerer Voruntersuchungen validiert und die Vergleichbarkeit mit Messungen in einem wässrigen Elektrolytsystem überprüft. 

Darüber hinaus beschäftigt sich diese Arbeit mit zwei unterschiedlichen Fragestellungen, die Lithium-Ionen-Kathoden betreffen. Für die erste wurde der Ladeprozess einer Kompositelektrode mittels LEIS verfolgt. Hierbei wurden anhand des lokalen ohmschen Widerstands und des lokalen Ladungsdurchtrittswiderstands Unterschiede zwischen verschiedenen Positionen auf der Elektrode beobachtbar. Die zweite Untersuchungsreihe umfasste die Betrachtung zweier unterschiedlicher im Vorfeld herbeigeführter Defekte an einer Kompositelektrode. Diese sollten zur weiteren Charakterisierung der Methode und zur räumlichen Orientierung auf der Elektrodenoberfläche verwendet werden - insbesondere durch die Differenz des lokalen ohmschen Widerstands zwischen leitender Elektrode und isolierendem Probenhalter wird dies an einer solchen Grenze ermöglicht. Außerdem konnten aus den erhaltenen Ergebnissen einige Eigenschaften der verwendeten Messspitze präzisiert werden. Insgesamt wurde gezeigt, dass das System nach den erfolgten Anpassungen grundsätzlich für die Untersuchung von Lithium-Ionen-Elektroden im organischen Elektrolytmedium geeignet ist.