Batterien – Reaktionskinetik und Optimierung
In unserer Gruppe beschäftigen wir uns mit der Forschung an Lithium-Ionen- sowie Next-Generation-Batterien. Ein wesentlicher Teil unserer Arbeit ist hier das vertiefte Verständnis der zugrundeliegenden physikalischen und chemischen Prozesse. Um uns einen tieferen Einblick in diese Vorgänge zu ermöglichen, nutzen wir Synergien zwischen mechanistischer Modellierung sowie experimentellen Untersuchungen. So sind wir in der Lage, Batterien in Hinblick auf Leistung, Alterungseigenschaften und Sicherheit zu analysieren und zu optimieren.
Einer unserer Schwerpunkte liegt auf der Untersuchung von Reaktionsmechanismen und – kinetiken, ausgehend vom Aufbau funktioneller Grenzschichten bis hin zu Energieumwandlung und Degradation. Dies umfasst die Beschreibung einer Zelle von ihrer Produktion bis hin zum Zelltod.
Für ein detailliertes Verständnis der zugrundeliegenden Prozesse ist eine akkurate chemische sowie elektrochemische Zellcharakterisierung notwendig. Massenspektroskopische Messungen, wie z.B. DEMS, ermöglichen durch die Bestimmung von Reaktionsprodukten tiefere Einblicke in ablaufende Reaktionen. Das elektrochemische Verhalten kann darüber hinaus mittels Strombelastbarkeitsmessungen, elektrochemischer Impedanzspektroskopie oder auch Cyclovoltammetrie genauer untersucht werden. Diese Messmethoden erlauben in Kombination mit unseren mechanistischen Modellen ein ganzheitliches Verständnis aktueller sowie zukünftiger Energiespeicherungs- und Energieumwandlungstechnologien. In Abhängigkeit der Fragestellung können wir hierbei Modelle mit unterschiedlichem Detaillevel zum Einsatz bringen, welche atomistische Reaktionen bis hin zu gekoppelten mikroskopisch/makroskopischen Beschreibungen umfassen.
Um mithilfe dieser Modelle erzielte Erkenntnisse in die praktische Anwendung zu bringen, setzen wir darüber hinaus auch rigorose mathematische Optimierungen ein. Im Rahmen von Kooperationen mit Fachleuten aus dem Bereich der Batterieproduktion können Prozessverständnis und modellbasierte Designvorschläge kombiniert werden, um Fortschritte in beiden Bereichen zu beschleunigen.
Ansprechpartner: Janika Wagner-Henke
Titel | Typ | Betreuer |
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Multiscale modeling of the anode-electrolyte interface in next generation lithium metal batteries | Masterarbeit | |
Model-based Validation of Reaction Mechanism in Lithium-Ion Batteries during Thermal Stress | Bachelor-/Masterthesis | |
Degradationsmechanismen von Verunreinigungen in Lithium-Ionen-Batterien beim thermischen Durchgehen | Bachelorarbeit | |
In-Situ Investigation of Cycling Induced Mechanical Failure in Commercial Lithium-Ion-Batteries | Masterarbeit | |
Elektrochemische Charakterisierung an Natrium Ionen Batterien | Studienarbeit |
Aktuelle Forschungsthemen
Thema | Kontakt |
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Thermodynamische und kinetische Stabilität der Lithium-Flüssig-Elektrolyt-Grenzfläche - Multiskalenmodellierung (Lillint) | Janika Wagner, Aravind Unni |
Untersuchungen der SEI von Lithium-Ionen Zellen bei erhöhter Temperatur (SiMET) | Michail Gerasimov |
Modellbasierte Untersuchung der chemischen und elektrochemischen Prozesse von Lithium-Schwefel Batterien | Walter Cistjakov (KIT Partner) |
Simulationsbasierte Sicherheitsbewertung eines unkontrollierten, thermischen Durchgehens bei gealterten Batteriezellen (SimDuRal) | Leon Schmidt, Jorge Valenzuela |
Post Lithium Speicherung Exzellenzcluster (POLiS) |
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Holistische Methode eines kombinierten daten- und modellbasierten Elektrodendesigns unterstützt durch künstliche Intelligenz (HiBRAIN) | Jakub Jambrich |