Operando and In Situ Characterizations of Fundamental Electrochemical Processes in Lithium- and Sodium-Ion Batteries

In many cases, the diagnostics of (electro)chemical processes in rechargeable batteries is only possible in the environment of an assembled or even cycling cell, i.e., in situ or operando, to assure that the system under investigation is representative for an operating battery and is not changing over time or by external influences. In the context of this thesis, two novel analytical methods are presented: a micro-reference electrode for in situ electrochemical impedance measurements (EIS) in sodium ion batteries (SIBs) and an operando Neutron Depth Profiling (NDP) cell to record the time- and spatially resolved lithium concentration across lithium-ion battery (LIB) electrodes.
Die Untersuchung von (elektro)chemischen Prozessen in Batterien ist in vielen Fällen nur in der Umgebung einer assemblierten oder gar in Betrieb befindlichen Zelle möglich, d.h. in situ oder operando, um sicherzustellen, dass das zu untersuchende System repräsentativ für eine operierende Zelle ist und sich nicht zeitlich bzw. durch äußere Einflüsse verändert. Hier werden zwei neuartige Analysemethoden vorgestellt: eine Mikroreferenzelektrode zur in situ elektrochemischen Impedanzmessung (EIS) in Natriumionenbatterien (SIB) und eine operando Zelle zur Neutronentiefenprofilierung (NDP), mit der die Lithiumkonzentration entlang der Tiefe einer Lithiumionenbatterie (LIB) Elektrode zeit- und ortsaufgelöst gemessen werden kann.