(w/m/d) Entwicklung eines Grobstrukturmodells für Lithium-Schwefel-Batterien

In der Abteilung Computergestützte Elektrochemie werden mathematische Modelle der chemischen und physikalischen Prozesse in Batterien entwickelt, um diese mittels numerischer Simulationen zu erforschen. Hieraus sollen detaillierte Einblicke in die komplexen Multiskalenprozesse gewonnen werden, die die Konzeption modellbasierter Optimierungsstrategien für Design, Leistung und Lebensdauer von Batterien erlauben.

Im Rahmen dieser Masterarbeit steht die Lithium-Schwefel-Batterie im Fokus, die aufgrund ihrer herausragenden gravimetrischen Energiedichte der wohl vielversprechendste Kandidat ist, um elektrisches Fliegen zu ermöglichen. Allerdings wird die praktische Umsetzung trotz des hohen Potentials derzeit dadurch behindert, dass die Interaktion von Chemie und Transportprozessen nur unzureichend verstanden ist. Dies äußert sich darin, dass effektiv nur ein geringer Teil der theoretischen Energiedichte erreicht wird und die Batterien zu schnell altern.

Um diese Problematik zu adressieren, soll mittels OpenFOAM ein prädiktives, dreidimensionales Grobstrukturmodell einer Lithium-Schwefel-Batterie entwickelt werden. Ziel ist es, großskalige Effekte aufzulösen und kleinskalige Effekte durch entsprechende Modellansätze zu berücksichtigen. Die Masterarbeit gliedert sich in folgende Arbeitspakete:

Die Arbeit bietet die Möglichkeit, einen wichtigen Beitrag zu Weiterentwicklung von Lithium-Schwefel-Batterien zu leisten und ermöglicht, an einer Zukunftstechnologie mitzuwirken. Kenntnisse der numerischen Simulation von Transportprozessen können in einem technologisch aktuellen Kontext vertieft werden.