Jonas Schwieger, M. Sc.

Motivation und Aufgabe:

Sekundäre Lithium-Ionen-Batteriesysteme stellen aufgrund einer hohen Energie- und Leistungsdichte die derzeit vielversprechendste Lösung für mobile elektrifizierte Anwendungen, wie z.B. im Automobilbau, dar. Der kleinste funktionsfähige Bestandteil solcher Batterien ist die Zelle. In dieser sind folienförmige Elektroden aus zwei unterschiedlichen Materialien abwechselnd mit einem dazwischenliegenden Separator übereinandergestapelt. Der grundlegende Aufbau solcher Zellen ist seit über 30-Jahren beständig. Dennoch lassen sich deutliche Optimierungspotentiale der Sicherheit, Energiedichte und Schnellladefähigkeit ausmachen. Dabei stehen insbesondere neue Elektrodenmaterialien (z.B. Silizium- und Zinn-Komposite und Lithium-Metall) im Fokus der Forschung. Durch eine zyklische Ein- und Auslagerung von Lithium-Ionen in die Elektroden beim Laden- und Entladen kommt es aber insbesondere bei diesen neuen Materialien zu starken Volumenänderungen des Zellstapels. Als Folge der Volumenänderung können sich unter anderem Beschädigungen des Zellgehäuses mit daraus folgenden Leckagen einstellen. Durch diese kann Umgebungsluft in die Zelle eintreten und mit den Zellkomponenten reagieren, was zu einer deutlichen Verkürzung der Lebensdauer führt.

Zur Lösung dieser Problematik wird am IWF eine nachgiebige Gestaltung von konventionellen Gehäusen untersucht. Fokus liegt dabei auf Pouchgehäusen, die üblicherweise in einem Tiefziehprozess aus dünnen (ca. 150 µm dicken) Mehrschichtfolien umgeformt werden und die durch die geringe Materialstärke ein geringes Gewicht und eine gute Wärmeableitung bieten. Um die konzipierten nachgiebigen Strukturen in die Pouchgehäuse einzubetten, werden neuartige Umformwerkzeuge und -strategien benötigt. Ausgehende von den theoretischen Grundlagen sollen diesen in studentischen Arbeiten konzipiert, praktisch aufgebaut und durch Umformversuche validiert werden. Die genaue Aufgabenstellung kann dabei je nach Art der Arbeit und Interesse des jeweiligen Studierenden angepasst werden.

Voraussetzungen und allgemeine Informationen:

Für die Bearbeitung der Aufgabenstellung sind keine besonderen Vorkenntnisse erforderlich.
Die genaue Aufgabenstellung kann individuell auf die Art der jeweiligen Arbeit sowie die Interessenslagen des jeweiligen Studierenden abgestimmt werden. Sollte die Thematik Ihr interesse geweckt haben, kontaktieren Sie mich gerne per Mail oder auch telefonisch. Bei Kontaktierung per Mail ist zur Einordnung Ihrer Kenntnisse zudem die Bereitstellung eines Notenspiegels hilfreich.

Art:

• Bachelorarbeit
• Studienarbeit(Master)
• Masterarbeit

Fachrichtungen: (WiIng) Maschinenbau, Mechatronik, KFZ-Technik und artverwandte
Begin der Arbeit: sofort
Zuletzt geändert: 19.09.2024

Motivation und Aufgabe:

Sekundäre Lithium-Ionen-Batteriesysteme stellen aufgrund einer hohen Energie- und Leistungsdichte die derzeit vielversprechendste Lösung für mobile elektrifizierte Anwendungen, wie z.B. im Automobilbau, dar. Der kleinste funktionsfähige Bestandteil solcher Batterien ist die Zelle. In dieser sind folienförmige Elektroden aus zwei unterschiedlichen Materialien abwechselnd mit einem dazwischenliegenden Separator übereinandergestapelt. Der grundlegende Aufbau solcher Zellen ist seit über 30-Jahren beständig. Dennoch lassen sich deutliche Optimierungspotentiale der Sicherheit, Energiedichte und Schnellladefähigkeit ausmachen. Dabei stehen insbesondere neue Elektrodenmaterialien (z.B. Silizium- und Zinn-Komposite und Lithium-Metall) im Fokus der Forschung. Durch eine zyklische Ein- und Auslagerung von Lithium-Ionen in die Elektroden beim Laden- und Entladen kommt es aber insbesondere bei diesen neuen Materialien zu starken Volumenänderungen des Zellstapels. Als Folge der Volumenänderung können sich unter anderem Beschädigungen des Zellgehäuses mit daraus folgenden Leckagen einstellen. Durch diese kann Umgebungsluft in die Zelle eintreten und mit den Zellkomponenten reagieren, was zu einer deutlichen Verkürzung der Lebensdauer führt.

Zur Lösung dieser Problematik wird am IWF eine nachgiebige Gestaltung von konventionellen Gehäusen untersucht. Fokus liegt dabei auf Pouchgehäusen, die üblicherweise in einem Tiefziehprozess aus dünnen (ca. 150 µm dicken) Mehrschichtfolien umgeformt werden und die durch die geringe Materialstärke ein geringes Gewicht und eine gute Wärmeableitung bieten. Um die konzipierten nachgiebigen Strukturen in die Pouchgehäuse einzubetten, werden neuartige Umformwerkezeuge benötigt. Hierfür sollen geeignete Konturen idetifiziert und im Rahmen von FEM-Simulationen in Hinblick auf Funktion und Umformbarkeit untersucht werden.

Voraussetzungen und allgemeine Informationen:

Für die Bearbeitung der Aufgabenstellung sind keine besonderen Vorkenntnisse erforderlich.
Die genaue Aufgabenstellung kann individuell auf die Art der jeweiligen Arbeit sowie die Interessenslagen des jeweiligen Studierenden abgestimmt werden. Sollte die Thematik Ihr interesse geweckt haben, kontaktieren Sie mich gerne per Mail oder auch telefonisch. Bei Kontaktierung per Mail ist zur Einordnung Ihrer Vorkenntnisse zudem die Bereitstellung eines Notenspiegels hilfreich.

Art:

• Projektarbeit (Master Wirtsch.-Ing.)
• Projektarbeit (Bachelor Maschinenbau)
• Bachelorarbeit
• Studienarbeit(Master)
• Masterarbeit

Fachrichtungen: (WiIng) Maschinenbau, CSE, Mechatronik, KFZ-Technik und artverwandte
Begin der Arbeit: sofort
Zuletzt geändert: 19.09.2024

Motivation und Aufgabe:

Elektrische Energiespeicher durchdringen eine kontinuierlich wachsende Zahl von Marktbereichen und versuchen sich mit steigenden Energiedichten und sinkenden Herstellungskosten im Mobilitätssektor zu etablieren. Wesentlicher Bestandteil von Lithium-Ionen-Batteriespeichern ist die Zelle. In dieser sind folienförmige Elektroden aus zwei unterschiedlichen Materialien abwechselnd mit einem dazwischenliegenden Separator übereinandergestapelt und über einen flüssigen Elektrolyt chemisch miteinander verbunden. Durch unterschiedliche Bindungspotentiale der Elektrodenmaterialien können so Ladungen gespeichert und gezielt abgerufen werden. Zum Erzielen niedriger Herstellungskosten liegt ein besonderer Fokus auf einer hochdurchsatzgetrimmten und ressourceneffizienten Prozessgestaltung. Durch eine hohe Empfindlichkeit der eingesetzten Materialien und insbesondere des eingesetzten Elektrolyts gegenüber Feuchtigkeit finden essentielle Fertigungsschritte der Zellfertigung in einer besonders trockenen Atmosphäre statt. Die dafür nötigen Trocknungsprozesse sind extrem Energieaufwendig. Vor diesem Hintergrund soll der Einfluss unterschiedlicher Prozessatmosphären auf Zellqualität und -lebensdauer in studentischen Arbeiten untersucht werden.

Voraussetzungen und allgemeine Informationen:

Für die Bearbeitung der Aufgabenstellung sind keine besonderen Vorkenntnisse erforderlich.
Die genaue Aufgabenstellung kann individuell auf die Art der jeweiligen Arbeit sowie die Interessenslagen des jeweiligen Studierenden abgestimmt werden. Sollte die Thematik Ihr interesse geweckt haben, kontaktieren Sie mich gerne per Mail oder auch telefonisch. Bei Kontaktierung per Mail ist zur Einordnung Ihrer Vorkenntnisse zudem die Bereitstellung eines Notenspiegels hilfreich.

Art:

• Projektarbeit (Master Wirtsch.-Ing.)
• Bachelorarbeit
• Studienarbeit(Master)
• Masterarbeit

Fachrichtungen: (WiIng) Maschinenbau, Mechatronik, KFZ-Technik und artverwandte
Begin der Arbeit:
Zuletzt geändert: 19.09.2024

Motivation und Aufgabe:

Elektrische Energiespeicher durchdringen eine kontinuierlich wachsende Zahl von Marktbereichen und versuchen sich mit steigenden Energiedichten und sinkenden Herstellungskosten im Mobilitätssektor zu etablieren. Wesentlicher Bestandteil von Lithium-Ionen-Batteriespeichern ist die Zelle. In dieser sind folienförmige Elektroden aus zwei unterschiedlichen Materialien abwechselnd mit einem dazwischenliegenden Separator übereinandergestapelt und über einen flüssigen Elektrolyt chemisch miteinander verbunden. Durch unterschiedliche Bindungspotentiale der Elektrodenmaterialien können so Ladungen gespeichert und gezielt abgerufen werden. Zum Erzielen niedriger Herstellungskosten liegt ein besonderer Fokus auf einer hochdurchsatzgetrimmten und ressourceneffizienten Prozessgestaltung. Insbesondere die Elektroden, aber auch die übrigen Zellbestandteile, weisen allerdings hohe mechanische Empfindlichkeiten auf, die eine hochdurchsatzgetrimmte Handhabung der Materialien im Fertigungsprozess erschwert. Vor diesem Hintergrund sollen im Rahmen von studentischen Arbeiten Fertigungsprozesse in Hinblick auf auftretende Belastungen der Zellmaterialien und –Zwischenprodukte untersucht und Belastungsgrenzen durch geeignete Versuche ermittelt werden. Ziel ist es dabei, Material angepasste Prozessfenster zu bestimmen und Gestaltungsrichtlinien für die Auslegung zukünftiger Hochdurchsatzprozesse abzuleiten.  

Voraussetzungen und allgemeine Informationen:

Für die Bearbeitung der Aufgabenstellung sind keine besonderen Vorkenntnisse erforderlich.
Die genaue Aufgabenstellung kann individuell auf die Art der jeweiligen Arbeit sowie die Interessenslagen des jeweiligen Studierenden abgestimmt werden. Sollte die Thematik Ihr interesse geweckt haben, kontaktieren Sie mich gerne per Mail oder auch telefonisch. Bei Kontaktierung per Mail ist zur Einordnung Ihrer Vorkenntnisse zudem die Bereitstellung eines Notenspiegels hilfreich.

Art:

• Projektarbeit (Master Wirtsch.-Ing.)
• Projektarbeit (Bachelor Maschinenbau)
• Bachelorarbeit
• Studienarbeit(Master)
• Masterarbeit

Fachrichtungen: (WiIng) Maschinenbau, Mechatronik, KFZ-Technik und artverwandte
Begin der Arbeit: sofort
Zuletzt geändert: 19.09.2024

Motivation und Aufgabe:

Sekundäre Lithium-Ionen-Batteriesysteme stellen aufgrund einer hohen Energie- und Leistungsdichte die derzeit vielversprechendste Lösung für mobile elektrifizierte Anwendungen, wie z.B. im Automobilbau, dar. Der kleinste funktionsfähige Bestandteil solcher Batterien ist die Zelle. In dieser sind folienförmige Elektroden aus zwei unterschiedlichen Materialien abwechselnd mit einem dazwischenliegenden Separator übereinandergestapelt. Der grundlegende Aufbau solcher Zellen ist seit über 30-Jahren beständig. Dennoch lassen sich deutliche Optimierungspotentiale der Sicherheit, Energiedichte und Schnellladefähigkeit ausmachen. Dabei stehen insbesondere neue Elektrodenmaterialien (z.B. Silizium- und Zinn-Komposite und Lithium-Metall) im Fokus der Forschung. Durch eine zyklische Ein- und Auslagerung von Lithium-Ionen in die Elektroden beim Laden- und Entladen kommt es aber insbesondere bei diesen neuen Materialien zu starken Volumenänderungen des Zellstapels, die in konventionellen Modulaufbauten mit starrer Einspannung der Batteriezellen zur Verbesserund der Kontaktierung unterdrückt werden. Folge sind dabei starke Druckschwankungen, die die Lebensdauer der Zellen verkürzen.

Um zukünftige Module optimal in Hinblick auf die Lebensdauer der Zellen auslegen zu können, müssen Untersuchungen zur Wechselwirkung zwischen Verspanndruck, Volumenänderung und Lebensdauer der Zellen getätigt werden. Hierzu sollen in studentischen Arbeiten ausgehend von den theoretischen Grundlagen Versuchsstände durch Auswahl geeigneter Verspannmethoden und Sensoren für Druck und Volumenänderung konzipiert und aufgebaut werden. Die genaue Aufgabenstellung kann dabei je nach Art der Arbeit und Interesse des jeweiligen Studierenden angepasst werden und je nach Umfang auch die Durchführung von Versuchen zur Evaluation der Wechselwirkungen umfassen.

Voraussetzungen und allgemeine Informationen:

Für die Bearbeitung der Aufgabenstellung sind keine besonderen Vorkenntnisse erforderlich.
Die genaue Aufgabenstellung kann individuell auf die Art der jeweiligen Arbeit sowie die Interessenslagen des jeweiligen Studierenden abgestimmt werden. Sollte die Thematik Ihr interesse geweckt haben, kontaktieren Sie mich gerne per Mail oder auch telefonisch. Bei Kontaktierung per Mail ist zur Einordnung Ihrer Vorkenntnisse die Bereitstellung eines Notenspiegels hilfreich.

Art:

• Projektarbeit (Master Wirtsch.-Ing.)
• Projektarbeit (Bachelor Maschinenbau)
• Bachelorarbeit
• Studienarbeit(Master)

Fachrichtungen: (Wi.-Ing.) Maschinenbau, Mechatronik, Elektromobilität
Begin der Arbeit: sofort
Zuletzt geändert: 19.09.2024

Motivation und Aufgabe:

Elektrische Energiespeicher durchdringen eine kontinuierlich wachsende Zahl von Marktbereichen und versuchen sich mit steigenden Energiedichten und sinkenden Herstellungskosten im Mobilitätssektor zu etablieren. Wesentlicher Bestandteil von Lithium-Ionen-Batteriespeichern ist die Zelle. In dieser sind folienförmige Elektroden aus zwei unterschiedlichen Materialien abwechselnd mit einem dazwischenliegenden Separator übereinandergestapelt und über einen flüssigen Elektrolyt chemisch miteinander verbunden. Durch unterschiedliche Bindungspotentiale der Elektrodenmaterialien können so Ladungen gespeichert und gezielt abgerufen werden. Der Wettbewerb um kostengünstige Batterien mit hoher Qualität erfordert eine stetige Weiterentwicklung der Prozesse der Zellfertigung, welche mit einer Steigerung der Prozessgeschwindigkeit und einer Reduktion von Ausschüssen einhergeht. Große Potentiale lassen sich dabei in der Integration von Heißfügeprozessen zur Herstellung einer stoffschlüssigen Verbindung zwischen Elektrode und Separator ausmachen, da so die Anzahl Handhabungsprozesse für den Stapelprozess der Zellen reduziert werden können. Bei zu starker Temperatureinwirkung sowie ungünstigen Prozessparametern kann es bei diesen Fügeprozessen aber zu Beschädigungen des Separators kommen. Daher sollen im Rahmen von studentischen Arbeiten Methoden und Verfahren zur Charakterisierung der Verbünde entwickelt und in praktische Versuchen unter Variation von Prozessparametern evaluiert werden.

Voraussetzungen und allgemeine Informationen:

Für die Bearbeitung der Aufgabenstellung sind keine besonderen Vorkenntnisse erforderlich.
Die genaue Aufgabenstellung kann individuell auf die Art der jeweiligen Arbeit sowie die Interessenslagen des jeweiligen Studierenden abgestimmt werden. Sollte die Thematik Ihr interesse geweckt haben, kontaktieren Sie mich gerne per Mail oder auch telefonisch. Bei Kontaktierung per Mail ist zur Einordnung Ihrer Vorkenntnisse zudem die Bereitstellung eines Notenspiegels hilfreich.

Art:

• Projektarbeit (Master Wirtsch.-Ing.)
• Projektarbeit (Bachelor Maschinenbau)
• Bachelorarbeit
• Studienarbeit(Master)
• Masterarbeit

Fachrichtungen: (WiIng) Maschinenbau, Mechatronik, KFZ-Technik und artverwandte
Begin der Arbeit:
Zuletzt geändert: 19.09.2024

Motivation und Aufgabe:

Elektrische Energiespeicher durchdringen eine kontinuierlich wachsende Zahl von Marktbereichen und versuchen sich mit steigenden Energiedichten und sinkenden Herstellungskosten im Mobilitätssektor zu etablieren. Wesentlicher Bestandteil von Lithium-Ionen-Batteriespeichern ist die Zelle. In dieser sind folienförmige Elektroden aus zwei unterschiedlichen Materialien abwechselnd mit einem dazwischenliegenden Separator übereinandergestapelt und über einen flüssigen Elektrolyt chemisch miteinander verbunden. Durch unterschiedliche Bindungspotentiale der Elektrodenmaterialien können so Ladungen gespeichert und gezielt abgerufen werden. Der Wettbewerb um kostengünstige Batterien mit hoher Qualität erfordert eine stetige Weiterentwicklung der Prozesse der Zellfertigung, welche mit einer Steigerung der Prozessgeschwindigkeit und einer Reduktion von Ausschüssen einhergeht. Große Potentiale lassen sich dabei in der Integration von Heißfügeprozessen zur Herstellung einer stoffschlüssigen Verbindung zwischen Elektrode und Separator ausmachen, da so die Anzahl Handhabungsprozesse für den Stapelprozess der Zellen reduziert werden können. Um das Prozessverständnis zu steigern und Optimierungspotenziale der Heißfügeprozesse abzuleiten, muss ein Verständnis über die beim Heißfügen verwendeten Materialien und deren thermische und mechanische Kennwerte aufgebaut werden. Zur Vorbereitung dieser Arbeiten sollen im Rahmen von studentischen Arbeiten Versuchsstände zur Vermessung dieser Kennwerte aufgebaut/ erweitert werden und die Messergebnisse durch Vergleichsmessungen validiert werden.

Voraussetzungen und allgemeine Informationen:

Für die Bearbeitung der Aufgabenstellung sind keine besonderen Vorkenntnisse erforderlich.

Im Rahmen der Arbeit können Kompetenzen in den Bereichen Konstruktion, Automatisierungstechnik und in Labortätigkeiten aufgebaut und vertieft werden. Zudem eignet sich die Arbeit, um die Komponenten der Zellproduktion kennenzulernen.
Die genaue Aufgabenstellung kann individuell auf die Art der jeweiligen Arbeit sowie die Interessenslagen des jeweiligen Studierenden abgestimmt werden. Sollte die Thematik Ihr interesse geweckt haben, kontaktieren Sie mich gerne per Mail oder auch telefonisch. Bei Kontaktierung per Mail ist zur Einordnung Ihrer Vorkenntnisse zudem die Bereitstellung eines Notenspiegels hilfreich.

Art:

• Projektarbeit (Master Wirtsch.-Ing.)
• Projektarbeit (Bachelor Maschinenbau)
• Bachelorarbeit
• Studienarbeit(Master)
• Masterarbeit

Fachrichtungen: (WiIng) Maschinenbau, Mechatronik, KFZ-Technik und artverwandte
Begin der Arbeit: sofort
Zuletzt geändert: 19.09.2024

Motivation und Aufgabe:

Elektrische Energiespeicher durchdringen eine kontinuierlich wachsende Zahl von Marktbereichen und versuchen sich mit steigenden Energiedichten und sinkenden Herstellungskosten im Mobilitätssektor zu etablieren. Wesentlicher Bestandteil von Lithium-Ionen-Batteriespeichern ist die Zelle. In dieser sind folienförmige Elektroden aus zwei unterschiedlichen Materialien abwechselnd mit einem dazwischenliegenden Separator übereinandergestapelt und über einen flüssigen Elektrolyt chemisch miteinander verbunden. Durch unterschiedliche Bindungspotentiale der Elektrodenmaterialien können so Ladungen gespeichert und gezielt abgerufen werden. Der Wettbewerb um kostengünstige Batterien mit hoher Qualität erfordert eine stetige Weiterentwicklung der Prozesse der Zellfertigung, welche mit einer Steigerung der Prozessgeschwindigkeit und einer Reduktion von Ausschüssen einhergeht. Große Potentiale lassen sich dabei in der Integration von Heißfügeprozessen zur Herstellung einer stoffschlüssigen Verbindung zwischen Elektrode und Separator ausmachen, da so die Anzahl Handhabungsprozesse für den Stapelprozess der Zellen reduziert werden können. Um das Prozessverständnis zu steigern und Optimierungspotenziale der Heißfügeprozesse abzuleiten, erscheint eine Abbildung dieses Prozesses in numerischen Simulationen (FEM/ CFD) vielversprechend. Im Rahmen von studentischen Arbeiten soll hierfür eine Materialkarte der verwendeten Materialien sowie ein numerisches Modell zur Abbildung dieses Prozesses aufgebaut werden.  Anschließend soll das Modell durch Vergleich der Simulationsergebnisse mit den Ergebnissen aus praktischen Versuchen mit dem Heißfügeprozess validiert werden.

Voraussetzungen und allgemeine Informationen:

Die hier dargestellte Aufgabenstellung stellt das allgemeine Ziel dar.

Für die Bearbeitung der Aufgabenstellung sind keine besonderen Vorkenntnisse erforderlich.
Die genaue Aufgabenstellung kann individuell auf die Art der jeweiligen Arbeit sowie die Interessenslagen des jeweiligen Studierenden abgestimmt werden. Sollte die Thematik Ihr interesse geweckt haben, kontaktieren Sie mich gerne per Mail oder auch telefonisch. Bei Kontaktierung per Mail ist zur Einordnung Ihrer Kenntnisse zudem die Bereitstellung eines Notenspiegels hilfreich.

Art:

• Bachelorarbeit
• Studienarbeit(Master)
• Masterarbeit

Fachrichtungen: (WiIng) Maschinenbau, Mechatronik, KFZ-Technik und artverwandte
Begin der Arbeit:
Zuletzt geändert: 19.09.2024