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Ausschreibender Bereich: IEK-9 - Grundlagen der Elektrochemie
Kennziffer: 2021M-080, Ingenieurwissenschaften, Chemie

Masterarbeit: In operando Quantifizierung von metallischem Li an Batterieanoden mittels gepulster EPR

Li-Ionen-Batterien sind die unangefochtenen Leistungsträger der Elektrifizierung des Automobilmarktes. Hinter dem Begriff der Li-Ionen Batterie befindet sich eine Technologie mit vielen chemischen und physikalischen Fragestellungen, die zur Optimierung adressiert werden müssen. Vor allem das Schnelladen ist für die Akzeptanz von E-Autos essentiell. Allerdings führen kinetische Limitierungen zur Abscheidung von metallischem Li an Batterieanoden, welches der Hauptauslöser von internen Kurzschlüssen und darauffolgenden Batteriebränden ist.

Die Untersuchung der Abscheidungsprozesse von Li ist daher von größter Bedeutung. Allerdings gibt es kaum Messmethoden, die quantitativ und in relevanten Zeitskalen verwendet werden können. Eine neue sensitive Methodik auf der Basis von gepulster Elektronen Paramagnetischer Resonanz (EPR) wurde kürzlich am IEK-9 des Forschungszentrums Jülich entwickelt (DOI: https://doi.org/10.1038/s43246-021-00126-1). Dabei werden Elektronen im Leitungsband von metallischem Li selektiv mit Mikrowellenpulsen angeregt. Verschiedene Messparameter geben Auskunft über Quantität, Morphologie und Position von abgeschiedenem Li.

Aufgabenbeschreibung
Basierend auf Vorexperimenten soll im Rahmen dieser Arbeit die entwickelte EPR-Methodik auf gängige sowie zukünftige Anodenmaterialien wie insbesondere Graphit angewendet werden. Die Li-Abscheidung wird während des Batterieeinsatzes (in operando) detektiert. Dabei sollen verschiedene Ladegeschwindigkeiten und Partikelgrößen verglichen werden. Hauptaufgaben:

  • Chemische Herstellung der Elektrodenfilme
  • Zusammenbau von messspezifischen Batteriezellen
  • Elektrochemische und magnetresonanzspektroskopische Experimente

Anforderungen
Mindestens zwei der folgenden Punkte sollten zutreffen.

  • Studium der Chemie, Ingenieurwissenschaften oder ähnlichem
  • Erfahrung in elektrochemischen Messverfahren
  • Theoretisches und praktisches Wissen über Magnetresonanz (NMR/EPR)
  • Fingerfertigkeit für Bastelarbeiten beim Zellzusammenbau

Unser Angebot

  • Einbindung in attraktive und relevante Forschung in einer vielseitigen, hochmotivierten Arbeitsgruppe innerhalb einer der größten Forschungseinrichtungen in Europa
  • Eine hervorragende wissenschaftliche und technische Infrastruktur
  • Intensive Betreuung der Arbeit vor Ort

Ansprechpartner
Conrad Szczuka, Doktorand, co.szczuka@fz-juelich.de
Prof. Josef Granwehr, j.granwehr@fz-juelich.de
Institut für Energie- und Klimaforschung
IEK-9: Grundlagen der Elektrochemie
Forschungszentrum Jülich GmbH
52425 Jülich

Internet: https://www.fz-juelich.de/iek/iek-9