CIFRE-Promotion IMS – Kurybees
Schnelle und nicht-intrusive Diagnose der physikalischen Alterungsursachen von Lithium-Ionen-Batterien: Anwendung zur Vorhersage von Leistung und Zuverlässigkeit in der Zweitnutzung
Die Energiewende und die zunehmende Elektrifizierung des Verkehrs führen zu einer massiven Nachfrage nach leistungsfähigen und nachhaltigen Energiespeichersystemen. In diesem Kontext etabliert sich die Lithium-Ionen-Batterie als Referenztechnologie. Angesichts der Verknappung kritischer Materialien und der Umweltbelastung durch die Produktion erscheinen jedoch das Refurbishing und die Wiederverwendung von Batterien in der Zweitnutzung als unverzichtbarer Weg, um ihre Lebensdauer zu verlängern und die CO₂-Bilanz zu reduzieren.
Die derzeit verwendeten Diagnosemethoden wurden für den Automobilsektor entwickelt, für Zellen mit hoher Kapazität und hohem Marktwert. Sie basieren auf langen, kostspieligen Protokollen und erfordern aufwändige experimentelle Mittel, die an industrielle Umgebungen angepasst sind, in denen die Sicherheit durch das Design gewährleistet werden kann. Diese Ansätze lassen sich jedoch nicht auf kleine zylindrische Zellen mit geringem Stückwert übertragen, wie sie in vielfältigen Anwendungen wie leichter Mobilität oder Heimspeichern eingesetzt werden. Sie berücksichtigen nicht die Vielfalt der Nutzungsprofile, ermöglichen keine schnelle und zuverlässige Abschätzung der verbleibenden Lebensdauer und sind für eine Massen-Diagnose zu teuer. In diesem Kontext stellt die Entwicklung schneller, nicht-intrusiver und kostengünstiger Methoden einen entscheidenden Faktor dar, um das Refurbishing dieser Zellen zu beschleunigen und gleichzeitig ein ausreichendes Sicherheitsniveau zu gewährleisten.
Ziel dieser Dissertation ist die Entwicklung einer innovativen Methode zur Diagnose und Prognose von Lithium-Ionen-Batterien. Diese soll die Identifikation physikalischer Alterungsmechanismen in Bezug auf die Nutzungshistorie ermöglichen, die Eignung der Zellen für eine Zweitnutzung bewerten und ihre Leistung sowie Zuverlässigkeit in einer neuen Anwendung vorhersagen. Die Arbeit umfasst die Entwicklung eines reduzierten numerischen Modells, das schnelle Impuls- oder Frequenztests mit multiphysikalischen Simulationen kombiniert, um den Gesundheitszustand und die verbleibende Lebensdauer der Zellen abzuschätzen. Der Ansatz stützt sich auf die Korrelation zwischen experimentellen Indikatoren und numerischen Modellen, um eine schnelle, zuverlässige und industrialisierbare Diagnose zu ermöglichen.
Die Dissertation wird in Co-Tutelle zwischen dem Labor IMS Bordeaux (UMR CNRS 5218) und dem Unternehmen Kurybees durchgeführt. Die Forschungsgruppe „Zuverlässigkeit“ am IMS verfügt über anerkannte Expertise in der Modellierung von Alterungsprozessen, der Charakterisierung und Überwachung von Energiespeichersystemen. Sie verfügt über Referenzgeräte innerhalb der Plattform CACYSSÉE, die der elektrochemischen Charakterisierung und dem Zyklieren von Lithium-Ionen-Batterien gewidmet ist. Kurybees, vom französischen Ministerium für Hochschulbildung und Forschung als junges innovatives Unternehmen anerkannt, stellt seine einzigartige experimentelle Datenbank (mehr als 20 getestete Technologien und 1.000 Zellen pro Jahr) sowie sein 100 m² großes Prüflabor in Écquevilly zur Verfügung, ausgestattet mit sechs Klimakammern, 112 Zyklierkanälen und fortgeschrittenen Mitteln der numerischen Simulation.
Der Kandidat sollte über einen Ingenieurabschluss oder einen Masterabschluss (Master 2) in Elektrochemie, Energie, angewandter Physik oder numerischer Modellierung verfügen. Gute Kenntnisse über Lithium-Ionen-Batterien und die Verarbeitung experimenteller Daten sind erforderlich, ebenso wie starkes Interesse an angewandter Forschung, Simulation und Analyse physikalischer Phänomene. Die Dissertation bietet ein stimulierendes Arbeitsumfeld an der Schnittstelle zwischen akademischer Forschung und industrieller Innovation, mit konkreten Perspektiven für wissenschaftliche und anwendungsbezogene Verwertung.
Die Dissertation beginnt Anfang 2026 im Rahmen eines dreijährigen CIFRE-Vertrags, in Zusammenarbeit zwischen dem Labor IMS (Bordeaux) und dem Unternehmen Kurybees (Écquevilly, Yvelines).
Für weitere Informationen können sich Interessenten an Issam Baghdadi (issam.baghdadi@kurybees.com) und Olivier Briat (olivier.briat@ims-bordeaux.fr) wenden.
