Identifikation von Struktur-Eigenschafts-Beziehungen von Aktivmaterialpartikeln mit unterschiedlicher Partikelmorphologie für die Anwendung in Lithium-Ionen Batterien

  • Forschungsthema:theoretisch
  • Typ:Masterarbeit
  • Datum:nach Absprache
  • Betreuer:

    Susanne Cernak

Titel: Identifikation von Struktur-Eigenschafts-Beziehungen von Aktivmaterialpartikeln mit unterschiedlicher Partikelmorphologie für die Anwendung in Lithium-Ionen Batterien

Forschungsthema: Theoretische Arbeit (Simulation)

Typ: Masterarbeit

Datum: nach Absprache

Betreuerin: Susanne Cernak

Lithium-Ionen Batterien sind dank ihrer hohen Energiedichte, ihrer hohen Leistungsfähigkeit, sowie der steigenden zyklischen und kalendarischen Alterungsbeständigkeit nach wie vor anderen Batterietechnologien überlegen. Dennoch steigt die Nachfrage nach immer leistungsfähigeren, mobilen Energiespeichersystemen. Ein Forschungsschwerpunkt unterschiedlichster Forschungsgruppen weltweit ist daher die Weiterentwicklung von Lithium-Ionen Batterien mit dem Ziel, immer höhere Energie- und Leistungsdichten, eine verbesserte Zyklenstabilität und eine Minimierung der Herstellungskosten unter Wahrung von Sicherheitsaspekten zu erreichen.

Die leistungsbestimmenden Transportprozesse in Lithium-Ionen Batterien finden auf der partikulären und sub-partikulären Ebene statt und sind experimentell kaum bzw. nur mit erheblichem messtechnischem Aufwand zugänglich. Ortsaufgelöste numerische Simulationen können zur Identifikation kritischer Mikrostrukturbereiche und der Prädiktion eines, jeweils für eine spezifische Anwendung optimierten Elektrodenaufbaus beitragen. Die Kehrseite dieser Simulationsmethode ist jedoch der große Bedarf an Rechenressourcen, Speicherplatz und Rechenzeit.

Da das Entladeverhalten maßgeblich von den morphologischen Gegebenheiten der Aktivmaterialpartikel geprägt ist, liegt ein Fokus auf der systematischen Untersuchung von computergenerierten Aktivmaterialpartikeln. Nach der Erstellung und Charakterisierung der Aktivmaterialpartikel sollen Struktur-Eigenschafts-Beziehungen abgeleitet und für die weitere Verwendung in „Grey box“-Modellen zugänglich gemacht werden.

Eine selbständige, strukturierte Arbeitsweise und Interesse an der numerischen Simulation sollte vorhanden sein. Spezielle Vorkenntnisse sind nicht erforderlich. Programmierkenntnisse und Erfahrung im Umgang mit der Software OpenFOAM oder MATLAB sind vorteilhaft, aber keine Voraussetzung. Die Aufgabenstellung wird nach Rücksprache individuell gestaltet.

Bei Interesse gerne Kontakt per E-Mail aufnehmen!

Kontakt:

Susanne Cernak

susanne.cernak∂kit.edu

Gebäude 30.48, Raum 114