Institut für Werkstoffe der Elektrotechnik Adenauerring 20 b 76131 Karlsruhe www.iw e.kit.edu Bachelor - / Masterarbeit Quantitative Analyse des Einflusses der Schichtdicke von Batterie-Kathoden auf Impedanz und Leistungsfähigkeit Motivation Forschungsbereich Lithium-Ionen Batterien Ausrichtung Experimentell Elektrische Charakterisierung Werkstoffanalytik Entw icklung von Messtechnik Modellierung Simulation Literatur und Recherche Die Entw icklung leistungsfähiger Batterien ist zu einem Schlüsselfaktor für die Elektromobilität gew orden. Die Lithium-Ionen Batterie liefert sehr gute Voraussetzungen, da sie im Vergleich zu anderen Batterietechnologien sehr hohe Energie- und Leistungsdichten ermöglicht. Die Kathode ist dabei die leistungsbegrenzende Komponente in Bezug auf Kapazität, Leitfähigkeit und chemische Beständigkeit. Ein vielversprechendes Kathodenmaterial ist das Schichtoxid NMC (Nickel Mangan Cobalt), w elches abhängig von Mikrostruktur und Zusammensetzung hohe Energie- oder Leistungsdichten bereitstellen kann. Schw erpunkt aktueller Forschung sind dabei nickelreiche Zusammensetzungen aufgrund hoher Kapazitäten und geringer Kosten. Abbildung 1: Impedanzspektrum einer Kathode mit einzelnen Verlustprozessen Aufgabenstellung Studiengang Elektro- und Informationstechnik Maschinenbau Chemieingenieurw esen Physik Technomathematik Wirtschaftsingenieurwesen Einstieg sofort Ansprechpartner M.Sc. Janina Costard Das Ziel dieser Arbeit ist die Analyse von Batterie-Elektroden mit Hilfe von Elektrochemischer Impedanzspektroskopie (EIS) (Abb. 1) sow ie Leerlaufkennlinienmessungen bei variierenden Betriebsparametern (SOC, T). Hierbei sollen Kathodenmaterialien des vielversprechenden nickelreichen NMC mit variierender Schichtdicke bei konstanten Mikrostrukturparametern vermessen w erden, um den Einfluss der Schichtdicke auf Impedanz und Leistungsfähigkeit unabhängig von w eiteren Parametern, w ie Porosität, Leitrußanteil etc. zu untersuchen. Eine Analyse der Kathodenmaterialien w ird durch eine Modellierung der physikalischen Prozesse ermöglicht (Abb. 2). Unterstützt w erden die elektrochemischen Messungen von Strukturanalysen am Raster-Elektronen-Mikroskop (REM) sow ie Abbildung 2: dreidimensionalen Mikrostruktur-Rekonstruktionen. Kettenleitermodell für poröse Ele ktroden Die Arbeit unterteilt sich in folgende Schritte: Raum 317 Einarbeitung in die Grundlagen von Lithium-Ionen Batterien Tel: 0721 608-47583 Literaturrecherche zu systematischen Untersuchungen des Einflusses der Schichtdicke auf Leistungsfähigkeit und Impedanz von Batterie-Kathoden Aufbau von entsprechenden Experimentalzellen unter Laborbedingungen Durchführung von Impedanz- und Kapazitätsmessungen Aufstellung eines Impedanz-Modells für Kathodenmaterialien mit variierender Schichtdicke Ermittlung eines quantitativen Zusammenhangs zw ischen Schichtdicke und Modellparametern sow ie Leistungsfähigkeit Erstellung eines Zw ischen- und Endvortrags und einer schriftlichen Ausarbeitung E-Mail: [email protected] http://www.iw e.kit.edu Hinweise Wir bieten Ihnen hervorragende Betreuung und die Möglichkeit in einem interdisziplinären Team auf einem zukunftsweisenden Themengebiet mitzuarbeiten. Vorausgesetzt werden selbständiges Arbeiten und die Motivation, sich in neue Themengebiete einzuarbeiten. Nähere Auskünfte erhalten Sie jederzeit bei Ihrer Ansprechpartnerin Frau M.Sc. Janina Costard. Prof. Dr.-Ing. Ellen Ivers -Tiffée KIT – Universität des Landes Baden-Württemberg und nationales Forschungszentrum in der Helmholtz-Gemeinschaft www.kit.edu
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