Bild des Monats: Spurenanalytik für die Wasserstoff- und Batterieforschung Plasma-Massenspektrometer im Parts-per-million-Bereich und darunter für Materialien von sehr hoher Reinheit
Die Umwandlung überschüssiger grüner Energie in Wasserstoff stellt einen entscheidenden Baustein in der Energiewende dar. Die bei der Elektrolyse von Wasser in der sogenannten Polymerelektrolytmembran-Zelle verwendeten Elektrokatalysatoren müssen hierbei im Betrieb über einen sehr langen Zeitraum von mehr als 10 Jahren eine hohe Aktivität und Stabilität aufweisen. Das Auflösen der Elektrokatalysatoren über diesen Zeitraum stellt eine Herausforderung dar. Da die verwendeten Materialien jedoch schon heute sehr beständig sind, bedarf es Analysemethoden mit sehr niedriger Nachweisgrenze, um das Auflösen der Materialien im Wasser nachweisen zu können. Dies leistet ein ICP-MS, ein hochmodernes Analyseinstrument, das auf dem Bild des Monats zu sehen ist und das für die elementare Spurenanalytik von flüssigen Proben verwendet wird.
Das Argon-Plasma eines induktiv gekoppelten Plasma-Massenspektrometers (ICP-MS) kann bis zu 10.000 Kelvin heiß werden. Bildnachweis: Felix Kerner/Institut für Energie- und Systemverfahrenstechnik
Aber nicht nur in der Wasserstoffforschung, sondern auch bei der Entwicklung von Batterietechnologien spielt die Spurenanalytik eine entscheidende Rolle. Batterien sind komplexe Systeme, bei denen Verunreinigungen oder unerwünschte Elemente die Leistung und Lebensdauer beeinträchtigen können. Ein Beispiel dafür sind Lithium-Ionen-Batterien, die in zahlreichen Anwendungen von Elektrofahrzeugen bis hin zu tragbaren Elektronikgeräten eingesetzt werden. Selbst geringste Verunreinigungen können ihre Leistung mindern oder sogar Sicherheitsrisiken darstellen. Daher müssen hier in der Regel Materialien von sehr hoher Reinheit („Battery Grade“) verwendet werden.
Ein hochmodernes Analysetool
Das Bild des Monats zeigt das bis zu 10.000 Kelvin heiße Argon-Plasma eines induktiv gekoppelten Plasma-Massenspektrometers (ICP-MS). Die flüssigen, in der Regel wässrigen, Proben aus der Elektrolyse- und Batterieforschung werden durch einen Zerstäuber in ein sehr feines Aerosol überführt. Wird dieses durch die gezeigte Plasmafackel geleitet, so werden nahezu alle darin enthaltenen Elemente ionisiert. Anschließend werden diese im Massenanalysator separiert und ihre Intensität gemessen.
Ein ICP-MS ist ein hochmodernes Analyseinstrument, das für die elementare Spurenanalytik von flüssigen Proben verwendet wird. Es ermöglicht die Untersuchung komplexer Stoffgemische innerhalb kürzester Zeit mit äußerster Präzision und extrem niedrigen Nachweisgrenzen (ng/L).
Damit ist es von unschätzbarem Wert für die Wasserstoff- und Batterieforschung, da es Forschenden ermöglicht, die Zusammensetzung und Konzentration von Spurenelementen in ihren Proben mit hoher Genauigkeit zu bestimmen. Auf diese Weise können sie nicht nur die Leistung und Lebensdauer von Katalysatoren für die Wasserstoffproduktion verbessern, sondern auch die Qualität und Effizienz von Batteriematerialien optimieren, indem sie Verunreinigungen quantifizieren und eliminieren. Damit leistet die Spurenanalytik einen wesentlichen Beitrag zur Entwicklung nachhaltiger Energietechnologien und zukunftsfähiger Batteriesysteme.
