Automatisierte Mehrkanal-EIS-Messung für die Charakterisierung von Elektrodenpasten in der Festkörperbatterieproduktion

Institute

Institut für Werkzeugmaschinen und Betriebswissenschaften (TUM-ED)

Type

Bachelor's Thesis / Semester Thesis /

Content

experimental / constructive /  

Description

Ausgangssituation

Die Entwicklung neuartiger Batteriekonzepte, insbesondere im Bereich von Festkörper- und Hybridbatterien, stellt hohe Anforderungen an die Charakterisierung von Elektrodenpasten und Slurries. Elektrochemische Impedanzspektroskopie (EIS) ist hierbei ein zentrales Werkzeug zur Untersuchung von Leitfähigkeits- und Transporteigenschaften.

Für räumlich aufgelöste Untersuchungen sind Messungen an einer Vielzahl von Elektrodenpositionen erforderlich. Derzeit erfolgt das Umschalten zwischen einzelnen Elektrodenkombinationen manuell, was den Messaufwand erhöht, die Reproduzierbarkeit einschränkt und eine automatisierte Datenerfassung verhindert. Gleichzeitig entstehen durch die Vielzahl räumlich verteilter Messpunkte große Datenmengen, deren strukturierte Auswertung und Visualisierung bislang nur unzureichend umgesetzt ist.

Zielsetzung

Ziel dieser Arbeit ist die Entwicklung und Bewertung einer automatisierten Schnittstelle zur Durchführung mehrdimensionaler EIS-Messungen an Elektrodenpasten.

Während der Messphase soll eine Schaltelektronik entworfen und umgesetzt werden, die als Schnittstelle zwischen einer Mehrzahl von Elektroden (z. B. ≥ 12) und einem EIS-Messgerät dient. Die Schaltlogik soll es ermöglichen, nach Abschluss einer EIS-Messung automatisch zwischen verschiedenen Elektrodenkombinationen umzuschalten und alle relevanten Kombinationen systematisch abzuarbeiten. Die Ansteuerung der Schaltelektronik soll extern (z. B. über PC mittels Python oder Matlab) erfolgen und zeitlich mit dem automatisierten Start neuer Messungen synchronisiert werden.

Nach der Messphase liegt der Fokus auf der Auswertung und Interpretation der gewonnenen Leitfähigkeitsdaten. Ziel ist es, aus einer Vielzahl räumlich verteilter EIS-Messungen geeignete Datenformate abzuleiten und Verfahren zur Rekonstruktion und Visualisierung eines dreidimensionalen Leitfähigkeitsbildes zu untersuchen und umzusetzen.

Requirements

Inhaltliche Schwerpunkte

Während der Messung

• Entwurf einer Schaltelektronik als Schnittstelle zwischen mehreren Elektroden und einem EIS-Messgerät

• Konzeption der elektrischen Verschaltung (Working Electrode, Working Sense, Counter Electrode, Reference Electrode)

• Auswahl und Integration geeigneter Schaltelemente (z. B. Multiplexer, Platinenlayout)

• Externe Ansteuerung der Schaltlogik (Python oder Matlab)

• Synchronisation von Umschaltvorgängen und automatisiertem Messstart (AfterMath Blue Software)

• Bewertung der Robustheit der Schaltung gegenüber AC-Signalen im Bereich von MHz bis mHz sowie kleinen Amplituden (≈ 10 mV)

Nach der Messung

• Analyse und Strukturierung der gewonnenen mehrdimensionalen EIS-Daten

• Untersuchung geeigneter Datenformate für die räumliche Auswertung

• Recherche und Anwendung numerischer Verfahren zur 3D-Rekonstruktion

• Umsetzung einer dreidimensionalen Visualisierung der Leitfähigkeitsverteilung (z. B. in Matlab)

Anforderungsprofil

• Interesse an Batterieproduktion, elektrochemischer Charakterisierung und Messtechnik

• Grundkenntnisse in Elektrotechnik, Mess- und Regelungstechnik oder Elektronik

• Erfahrung oder Interesse an Matlab und/oder Python

• Eigenständige, strukturierte und sorgfältige Arbeitsweise

• Problemlösungskompetenz und wissenschaftliche Gewissenhaftigkeit

• Gute Deutsch- oder Englischkenntnisse

Possible start

sofort

Contact

M.Sc. Constantin Rueß
Room: 2306
Phone: +49 89 289 154 87
constantin.ruessiwb.tum.de

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