Doktorand:in – 3D Ionenstrahltomographie von Batterien der nächsten Generation (w/m/d)

Am Institute of Energy Materials and Devices - Werkstoffsynthese und Herstellungsverfahren (IMD-2) arbeiten wir in einem dynamischen und internationalen Team von über einhundert Materialwissenschaftlern, Chemikern, Physikern, Maschinenbauern und technischen Mitarbeitern an der Entwicklung fortschrittlicher Energiewandler und Hochleistungsspeicher für die Energiewende. Hierbei umfassen wir ein breites Technologiefeld, von oxidkeramischen Brennstoffzellen über Festkörper-Batterien bis hin zu Gastrennmembranen. Der Schwerpunkt liegt auf anorganischen Materialien, die als Funktionsschichten aus Pulvern oder über die Gasphase prozessiert werden. Wir verwenden skalierbare, industrien relevante Verfahren, um Forschungsergebnisse schnell in die Industrie zu übertragen und damit die Kluft zwischen Grundlagenwissenschaft und Anwendung zu schließen.

Zukünftige Batterietechnologien sind dringend nötig, um Elektromobilität und Heimspeicher noch günstiger, sicherer und leistungsfähiger zu machen. Si-reiche Anoden kommen bereits in Hochenergiebatterien zum Einsatz und können die Energiedichte signifikant erhöhen. Durch die hohe Volumenausdehnung des Siliziums beim Laden zeigen solche Zellen jedoch eine starke Zyklenalterung. Zur Erhöhung der Zyklenstabilität wird die Vor-Lithierung von Si-reichen Anoden industriell erforscht. Hierbei sind jedoch noch viele Forschungsfragen offen, insbesondere bezüglich der Verteilung von Li in der Anode in Abhängigkeit der Prozessparameter und des Anodendesigns. Li kann aufgrund seiner geringen Ordnungszahl nicht mit herkömmlichen Methoden in Elektroden ortsaufgelöst bestimmt werden.

Eine neue Möglichkeit, Li ortsaufgelöst zu quantifizieren, bietet die Ionenstrahlanalytik (IBA), bei der Ionen mit hoher Energie (> 2 MeV) auf Batterieproben geschossen werden und eine Kernfusionsreaktion auslösen. Die entstehenden Ionen ermöglichen eine tiefenaufgelöste Quantifizierung von Li und anderen Bestandteilen der Anode, z.B. Si, O, F, C etc. Diese Informationen geben wertvolle Einblicke in Qualität und Stabilität der Prozessführung. Durch die Kombination mit 2D-Rastern des Ionenstrahls über die Proben können auch 3D-Atomverteilungen sichtbar gemacht werden, sodass mögliche Inhomogenitäten lateral und in der Tiefe der Elektrode aufgedeckt werden. Ziel ist es, durch diese fortschrittliche Analytik die Herstellung vor-lithierter Anoden für zukünftige Batterien zu optimieren.

Ihre Aufgaben im Team:

• Selbständige Messung mit der weltweit ersten Anlage zur 3D-Li-Tomographie an Batterieproben (Batterie-Beamline am 3 MeV Tandetron Ionenbeschleuniger am FZJ)
• Optimierung des Messprozesses, um eine möglichst hohe Sensitivität, Auflösung und Reproduzierbarkeit zu erhalten
• Messung verschiedener Materialien und Batteriekomponenten der Projektpartner
• Auswertung der Ergebnisse mittels einer eigens entwickelten, KI-basierten Software, welche 3D-Rekonstruktionen der Elementverteilung ermöglicht
• Komplementäre Analytik mit weiteren fortschrittlichen Verfahren wie SIMS, Raman, FIB-SEM, µ-CT
• Zusammenstellung der Ergebnisse und Bewertung des Einflusses der Prozessparameter auf die Li-Verteilung in diversen Anodenkonzepten der nächsten Generation

Das bringen Sie mit:

• Erfolgreich abgeschlossenes wissenschaftliches Hochschulstudium (Master) im Bereich Physik, Physikalische Chemie oder der Materialanalytik
• Sehr gute Kenntnisse im Bereich Festkörperanalytik oder verwandter Analyseverfahren
• Erfahrung im Bereich Präparation/Herstellung/Herstellungsverfahren von anorganischen Materialien
• Kenntnisse im Bereich Elektrochemie und/oder Batterien sind von Vorteil
• Sehr gute Englischkenntnisse, sowohl mündlich als auch schriftlich (mindestens B2-Niveau nach dem GeR)
• Ein hohes Maß an Teamfähigkeit und Flexibilität sowie die Bereitschaft zu großem Engagement

Freuen Sie sich auf folgende Benefits:

• Wir arbeiten an hochaktuellen gesellschaftlich relevanten Themen und bieten Ihnen die Möglichkeit, den Wandel aktiv mitzugestalten.
• Sie arbeiten in einem motivierten Team mit internationaler und interdisziplinärer Ausrichtung – an einer der größten Forschungseinrichtungen Europas.
• Für Ihre Arbeit steht Ihnen eine exzellente wissenschaftliche und technische Ausstattung zur Verfügung.
• Sie wirken in einem vom BMFTR geförderten Konsortium aus Industrie, Universitäten und weiteren nationalen Forschungseinrichtungen mit; Sie haben die Möglichkeit, an Projekttreffen und Tagungen teilzunehmen und Ihre Ergebnisse zu präsentieren (Online- und Präsenzveranstaltungen).
• Ihre kontinuierliche fachliche Betreuung wird durch Ihren wissenschaftlichen Betreuer Dr. Martin Finsterbusch übernommen. Die Promotion wird an der Universität Duisburg-Essen bei Frau Prof. Dr. Dina Fattakhova-Rohlfing (Doktormutter) durchgeführt.
• Flexible Arbeitszeitgestaltung zur besseren Vereinbarkeit von Beruf und Privatleben; orts-flexibles Arbeiten nach Abstimmung.
• 30 Tage Urlaub.
• Weiterentwicklung wird gezielt gefördert, z.B. durch JuDocS und HITEC (Graduiertenschule) – sowohl online als auch vor Ort.
• Betriebliches Gesundheitsmanagement mit Angeboten wie Beachvolleyball, Laufgruppen, Yoga, betriebsärztlicher Dienst und Sozialberatung.
• Forschungscampus im Grünen mit Kantine und Seeblick.
• Strukturierte Einarbeitung, Welcome Days und Welcome Guide.
• Zahlung nach TVöD-Bund Entgeltgruppe 13 (75%); zusätzliche Sonderzahlung zum Jahresende; Informationen im TVöD-Bund-Tarif.
• Die Position ist auf 3 Jahre befristet.
• International Advisory Service erleichtert internationalen Mitarbeitenden den Einstieg.

Wir freuen uns über Bewerbungen von Menschen mit vielfältigen Hintergründen. Ein chancengerechtes, diverses und inklusives Arbeitsumfeld ist uns wichtig.

Dienstort: Jülich

Beginn: Zum nächstmöglichen Termin

Gehalt: EG 13 (75%) TVöD-Bund

Bewerbungsfrist: Die Stelle wird bis zur erfolgreichen Besetzung veröffentlicht

Kennziffer: 2026D-0594