Simulation und Optimierung von fortschrittlichen Si-Elektroden für Lithium-Ionen-Batterien

Allgemein

Der Bereich „Materialsynthese und Herstellverfahren“ (IEK-1) des Instituts für Energie- und Klimaforschung am Forschungszentrum Jülich bietet eine dynamische und internationale Arbeitsumgebung. Wir entwickeln Materialien und Komponenten für fortschrittliche Energiewandler und Hochleistungsspeicher. Den Schwerpunkt bilden anorganische Materialien, die als Funktionsschichten aus Pulvern oder über die Gasphase prozessiert werden. Unsere Arbeit schließt die schnelle Übertragung der wissenschaftlichen Resultate und der entwickelten Technologien in die Industrie ein.


Projekt

Silizium stellt aufgrund seiner extrem hohen volumenbezogenen Speicherkapazität ein attraktives alternatives Elektrodenmaterial für Lithium-Ionen-Batterien dar. Jedoch ist dieses Material einer großen Volumenänderung beim Lade- und Entladeprozess (Lithiation) unterworfen, welche eine erhebliche mechanische Alterung zur Folge hat. Deshalb wurden z.B. wabenartige 3D-Strukturen vorgeschlagen, da sich diese während der chemischen Expansion elastisch verformen können, ohne zu brechen.

In dem Projekt werden die mechanischen Dehnungen und die resultierenden Spannung in verschiedenen 3D-Strukturen über die Finite Element Methode (FEM) berechnet. Die resultierenden Geometrien sollen mit den experimentellen Befunden verglichen und die auftretenden Spannungen auf mögliches Bruchversagen analysiert werden. Unter Berücksichtigung der elektro-chemischen Kapazität der Elektrodenstruktur soll eine mechanische Optimierung in einer numerischen Parameterstudie durchgeführt werden. Zudem soll die Steifigkeit der 3D-Strukturen in Abhängigkeit von der Lithium-Beladung berechnet werden.

Weitere Informationen

Unternehmen

Helmholtz Gemeinschaft

Bereich/Abteilung

IEK-1 - Werkstoffsynthese und Herstellungsverfahren

Abschlussart

Bachelorarbeit

Branche

Forschung und Entwicklung

Schlagwörter

Finite Element Methode FEM Lithiation Batterien Lithium

Anforderungen

Sie studieren Physik, Maschinenbau, Materialwissenschaft oder ein ähnliches Fach an einer Universität oder Technischen Hochschule. Sie haben Freude am Lösen theoretischer und numerischer Probleme mit angewandtem Hintergrund. Einige Erfahrungen mit FEM-Programmen sind hilfreich. Sie sprechen flüssig Deutsch oder Englisch. Wir bieten eine exzellente wissenschaftliche Infrastruktur und technische Unterstützung.

Zusatzinformationen

Masterarbeit

Kontakt
Bitte senden Sie Ihre Bewerbungen an:
Forschungszentrum Jülich GmbH
Institut für Energie- und Klimaforschung, IEK-1
Dr. Robert Mücke
52425 Jülich
Tel.: +49 2461 614066
e-mail: r.muecke@fz-juelich.de

Leistungen

Finanzielle Unterstützung

› monatliche Aufwandsentschädigung von ca. 950€