Masterarbeit – Qualitätsklassifikation und analytische Charakterisierung des Zwischenprodukts aus dem Recycling von Lithium-Ionen-Batterien

Masterarbeit – Qualitätsklassifikation und analytische Charakterisierung des Zwischenprodukts aus dem Recycling von Lithium-Ionen-Batterien

Forschung für eine Gesellschaft im Wandel: Das ist unser Antrieb im Forschungszentrum Jülich. Als Mitglied der Helmholtz-Gemeinschaft stellen wir uns den großen gesellschaftlichen Herausforderungen unserer Zeit und erforschen interdisziplinär die digitalisierte Gesellschaft, ein klimaschonendes Energiesystem und nachhaltiges Wirtschaften.

Im Institute of Energy Technologies – Grundlagen der Elektrochemie (IET-1) forschen wir zu hochaktuellen Themen rund um die Energiewende und den Strukturwandel. Dabei beschäftigen wir uns zum Beispiel mit der Batterie der Zukunft und erforschen neuartige Batteriekonzepte. Wie man das Treibhausgas Kohlendioxid (CO2) vom Klimakiller zum Rohstoff der Zukunft machen könnte, ist ein weiteres spannendes Thema. Ziel der Forschungs- und Entwicklungsarbeiten sind kostengünstige Batterien, Brennstoffzellen und Elektrolyseure mit verbesserter Energie- und Leistungsdichte, längerer Lebensdauer und maximaler Sicherheit.

Ihre Aufgaben im Team:

Schwarzmasse ist das zentrale Zwischenprodukt des Batterierecyclings und zugleich ein Sekundärrohstoff, für den bislang keine einheitliche Definition von „Qualität“ existiert. Ob eine Fraktion für hydrometallurgische Verfahren, für die direkte Regeneration von Aktivmaterial oder nur für minderwertige Verwertungswege geeignet ist, hängt von Zusammensetzung, Verunreinigungen, Partikeleigenschaften und Restbestandteilen ab, die je nach Herkunft und Aufbereitung stark variieren.

In Ihrer Masterarbeit untersuchen Sie, was Qualität für Schwarzmasse konkret bedeutet, welche Kenngrößen sie beschreiben und wie sich diese analytisch zuverlässig erfassen lassen. Sie arbeiten an vorhandenem Probenmaterial mit den Charakterisierungsmethoden des Instituts und entwickeln daraus ein Klassifikationsschema, das Schwarzmasse-Fraktionen anhand messbarer Kriterien einordnet und ihre Eignung für nachgelagerte Verwertungsrouten bewertet. Die Arbeit ist eingebettet in laufende Forschungsaktivitäten des Instituts zur Batterie-Kreislaufwirtschaft. Sie haben dabei auch Kontakt zu Projektpartnern aus Forschung und Industrie.

Ihre Aufgaben im Detail:

• Literaturrecherche zu möglichen Qualitätsanforderungen an Schwarzmasse von Recyclern, Zellherstellern und Regulierung (u. a. EU-Batterieverordnung)
• Ableitung von Kenngrößen, die für die Bestimmung der Schwarzmassequalität entscheidend sind (z. B. Gehalt an wertvollen Materialien, Gehalt an Verunreinigungen, Feuchte, Partikelgrößenverteilung, Phasenbestand, Morphologie)
• Einarbeitung in die verfügbaren Analysemethoden am Institut (z. B. XRD, REM/EDX) und Bewertung ihrer Eignung zur Beurteilung der Schwarzmassequalität
• Probenvorbereitung und eigenständige Durchführung der Analysen an bereitgestellten Schwarzmasseproben
• Auswertung und Interpretation der Messdaten; Vergleich der Methoden hinsichtlich Aussagekraft, Reproduzierbarkeit und Aufwand
• Entwicklung eines Klassifikationsschemas bzw. Qualitätsindikators für Schwarzmasse und Ableitung von Grenzwerten für ausgewählte Verwertungsrouten
• Dokumentation der Ergebnisse in der Masterarbeit sowie Präsentation im Institutseminar

Das bringen Sie mit:

• Abgeschlossenes Bachelorstudium der Materialwissenschaft, Werkstofftechnik, Werkstoffwissenschaften oder einer verwandten ingenieurwissenschaftlichen Fachrichtung; Immatrikulation in einem entsprechenden Masterstudiengang
• Interesse an oder Grundkenntnisse in Materialcharakterisierung sowie an praktischer Laborarbeit
• Grundlegendes Verständnis von Lithium-Ionen-Batterien, Batteriematerialien oder Recyclingprozessen ist von Vorteil
• Interesse an der Verbindung von analytischer Materialcharakterisierung mit Fragen der Kreislaufwirtschaft
• Interesse oder Erfahrung in der Auswertung von Messdaten (z. B. mit Python, MATLAB, Origin oder Excel)
• Sorgfältige, strukturierte und selbstständige wissenschaftliche Arbeitsweise
• Fähigkeit zur Zusammenarbeit in einem interdisziplinären und internationalen Forschungsumfeld
• Sehr gute Deutsch- oder Englischkenntnisse (mindestens C1-Niveau nach dem GER), idealerweise nachgewiesen durch ein Zertifikat

Freuen Sie sich auf folgende Benefits:

• Sinnstiftende Aufgaben: Ihre Abschlussarbeit behandelt ein zukunftsorientiertes, gesellschaftlich relevantes Thema mit unmittelbarem Praxisbezug in einem internationalen Umfeld
• Praxisnähe: Bei uns sammeln Sie wertvolle Praxiserfahrungen neben dem Studium und wirken aktiv an interdisziplinären Projekten mit
• Wissenschaftliches Umfeld: Exzellente wissenschaftliche Ausstattung, moderne Technologien und qualifizierte Betreuung durch erfahrene Kolleg:innen
• Eigenverantwortung: Sie gestalten Ihre Aufgaben eigenständig – von der Vorbereitung bis zur Durchführung
• Einstieg & Zusammenarbeit: Zusammenarbeit in einem engagierten, internationalen und kollegialen Team; strukturierte Einarbeitung durch Welcome Days und Welcome Guide
• Work-Life-Balance: Optimale Bedingungen für die Vereinbarkeit von Beruf und Privatleben sowie familienfreundliche Unternehmenspolitik; Möglichkeit zum (orts-)flexiblen Arbeiten nach Abstimmung
• Flexibilität: Flexible Arbeitszeitgestaltung zur besseren Vereinbarkeit mit dem Studium
• Gesundheit & Wohlbefinden: Umfangreiches betriebliches Gesundheitsmanagement mit vielfältigen Angeboten (z. B. Beachvolleyball-Platz, Laufgruppen, Yoga-Kurse); betriebsärztlicher Dienst und Sozialberatung vor Ort
• Campus-Erlebnis: Forschungscampus im Grünen mit idealen Bedingungen für kollegialen Austausch und sportlichen Ausgleich; vielfältiges Kantinenangebot mit Seeblick
• Perspektive: Möglichkeit zur Promotion im Anschluss an die Masterarbeit bei entsprechender Qualifikation und vorhandener Stellenfinanzierung
• Faire Vergütung: Angemessene Vergütung Ihrer Abschlussarbeit

Wir freuen uns über Bewerbungen von Menschen mit vielfältigen Hintergründen, z. B. hinsichtlich Alter, Geschlecht, Behinderung, sexueller Orientierung/Identität sowie sozialer, ethnischer und religiöser Herkunft. Ein chancengerechtes, diverses und inklusives Arbeitsumfeld, in dem alle ihre Potenziale verwirklichen können, ist uns wichtig.

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