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Titelaufnahme

Titel
kapascan: A versatile scanning capacitive imaging device for the analysis of battery parts / submitted by Benjamin Gmeiner
AutorInnenGmeiner, Benjamin
Beurteiler / BeurteilerinKaltenbrunner, Martin ; Brunthaler, Gerhard
ErschienenLinz, 2018
Umfangvi, 49 Seiten : Illustrationen
HochschulschriftUniversität Linz, Masterarbeit, 2018
SpracheEnglisch
DokumenttypMasterarbeit
Schlagwörter (GND)Messtechnik / Python <Programmiersprache> / Bildverarbeitung / Batterie
URNurn:nbn:at:at-ubl:1-22506 Persistent Identifier (URN)
Zugriffsbeschränkung
 Das Werk ist gemäß den "Hinweisen für BenützerInnen" verfügbar
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kapascan: A versatile scanning capacitive imaging device for the analysis of battery parts [6.94 mb]
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Zusammenfassung (Deutsch)

Beschichtungsfehler in Batterieelektroden oder Separatoren können the Leistungsfähigkeit von Batterien stark beeinträchtigen. Ungleichmäßige Beschichtungsdicken führen zu unregelmäßigen physikalischen und chemischen Bedingungen innerhalb der Batterie und Fehler, wie zu Beispiel Agglomerate, können sogar zum Totalausfall der Batterie führen, falls sie einen Kurzschluss verursachen. Eine Möglichkeit Beschichtungsfehler zu erkennen, ist es, das Sample mit kapazitiven Abstandssensoren abzurastern, um so eine Abbildung des Höhenprofils zu erhalten. Die kapazitive Messtechnik ermöglicht hochgenaue Abstandsmessungen, die Höhenunterschiede im Nanometerbereich auflösen können, wobei die Technologie in der Praxis trotzdem noch einfach zu handhaben ist. Ihr Schwachpunkt im Bezug auf Fehlererkennung ist allerdings die grobe Ortsauflösung, die durch die Sensorgeometrie vorgegeben wird. Diese Schwäche wurde in dieser Arbeit durch einen Dekonvolutionsansatz angegangen. ^In dieser Arbeit präsentiere ich die Entwicklung und Anwendung eines kapazitiven Rastermessgeräts, das mit kapazitiver Messtechnik von Micro-Epsilon arbeitet und durch ein open-source Hard- und Software System gesteuert wird. Die Arbeit umfasste das Design und den Aufbau des Setups, dessen zentrale Komponente ein ausrangierter x-y Verfahrtisch ist, der hiermit wieder zum Leben erweckt wurde. Zur Ansteuerung der Geräte wurde ein universelles Software Framework in der Programmiersprache Python entwickelt, das eine vielseitige Anwendung des Tisches ermöglicht. Messungen können außerdem ortsunabhängig gesteuert werden, da die gesamte Funktionalität des Systems über eine interaktive Web-basierte Programmierschnittstelle zur Verfügung gestellt wird. Des weiteren wurde ein Großteil der Arbeit dem Studium und der Entwicklung von Bildbearbeitungsmethoden gewidmet, um die zuvor erwähne örtliche Auflösung des Systems zu steigern. ^Die Ergebnisse zeigen, dass die kapazitive Messtechnik eine vielversprechende neue Methode für die Untersuchung von Batteriebauteilen ist. Durch den Einsatz von Bildbearbeitungsmethoden kann die örtlich Auflösung um mehr als eine Größenordnung gesteigert werden, was die Anwendungsmöglichkeiten der Technologie stark erweitert. Die entsprechende zukünftige Weiterführung dieses Projekts im Labormaßstab ist es, die kapazitive Messtechnik nun als eine on-the-fly Methode in der industriellen Fertigung einzusetzen.

Zusammenfassung (Englisch)

Flaws in the coating of battery electrodes or separators can degrade the performance of batteries drastically. Uneven thicknesses cause irregular physical and chemical conditions inside the battery and undetected defects, like agglomerates, can even lead to complete failure if they cause an internal short circuit. A possibility to detect coating flaws is to scan the sample with capacitive distance sensors to obtain an image of the sample&apos;s height profile. The capacitive measurement technology allows measurements that can resolve height differences on the nano meter scale, while still being an easy to handle technique in practical application. Its major shortcoming with respect to flaw detection, however, is its poor spatial resolution that is intrinsically limited by the geometrical dimensions of the sensor. This weakness was tackled in this work by a deconvolution approach. In this thesis I present the development and application of a scanning capacitive imaging device that is based on sensor technology from Micro-Epsilon and driven by an open-source hard- and software system. The work included the design and preparation of the setup that was built around a decommissioned x-y table, which was hereby brought back to life. A general-purpose software framework was implemented in the Python programming language, which allows various applications for the table. Measurements can moreover be controlled location-independent, as the whole functionality of the system is exposed via an interactive web-based programming interface. To overcome the aforementioned spatial resolution limit of the system, a large portion of the work was dedicated to the study and development of suitable image processing methods for the deconvolution of the data. ^Results show that measurements with capacitive technology are a promising new method for the characterization of battery parts. By the use of image processing methods, the spatial resolution can be increased by more than one order of magnitude, which extends the applicability of the technology grealy. The appropriate future continuation of this laboratory-scale project is now to utilize the capacitive measurement technique as an on-the-fly method during industrial production.

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