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

Forschungszentrum Jülich GmbH; Jülich; Vor Ort; EUR 36.000 - 48.000; Vollzeit

Benefits dieser Stelle

30 Tage Urlaub

Sonderzahlung zum Jahresende

International Advisory Service (IA)

Zusammenfassung

Forschungszentrum Jülich GmbH sucht eine Doktorandin/ einen Doktoranden für eine 3D-Ionenstrahltomographie an Batterien der nächsten Generation. Die Stelle befindet sich im IMD-2 und verbindet fortschrittliche Analytik mit industriellem Branding.

Sie arbeiten in einem internationalen Team und nutzen modernste Ionentomographie, um Li-Verteilung in Anoden zu quantifizieren. Die Förderung erfolgt im Rahmen eines Verbundprojektes; 3 Jahre Befristung, TVöD-Bund Gehaltsstufe 13 (75%).

Qualifikationen

• Abgeschlossenes Hochschulstudium (Master) in Physik, Physikalischer Chemie oder Materialanalytik.
• Sehr gute Kenntnisse in Festkörperanalytik oder verwandten Verfahren.
• Erfahrung in Präparation/Herstellung/Verfahren von anorganischen Materialien.
• Gute Englischkenntnisse; Teamfähigkeit und Engagement sind unerlässlich.

Aufgaben

• Selbstständige Messung mit der 3D Li-Tomographie an Batterieproben.
• Optimierung des Messprozesses für Höchstauflösung und Reproduzierbarkeit.
• Auswertung der Ergebnisse mit KI-basierter Software; Erstellung 3D-Verteilungen.
• Kombinierte Analytik mit SIMS, Raman, FIB-SEM, µ-CT; Ergebnisinterpretation und Berichterstattung.

Kenntnisse

Teamfähigkeit

Flexibilität

Englischkenntnisse

Präparation/anorganische Materialien

Elektrochemie/Batterien

Ausbildung

Master in Physik, Physikalische Chemie oder Materialanalytik

Tools

SIMS

Raman

FIB-SEM

µ-CT

Jobbeschreibung

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

Die Doktorarbeit findet im Rahmen eines Verbundprojektes des BMFTR zum Thema Hochleistungsbatterien statt, wobei akademische und industrielle Partner gemeinsam am Projekt arbeiten.

Ihre Aufgaben umfassen dabei im Wesentlichen:

• 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

Die Kandidatin oder der Kandidat kann so bei der Doktorarbeit Kenntnisse über fortschrittliche Analytikmethoden für zukünftige Batteriesysteme sammeln und deren industrierelevanten Einsatz zur Prozessoptimierung demonstrieren.

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 erwartet ein vielseitiges Angebot:

• Team & Umfeld: Sie arbeiten in einem motivierten Team mit internationaler und interdisziplinärer Ausrichtung – an einer der größten Forschungseinrichtungen Europas
• Forschung & Infrastruktur: Für Ihre Arbeit steht Ihnen eine exzellente wissenschaftliche und technische Ausstattung zur Verfügung
• Vernetzung & Austausch: 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)
• Betreuung & Unterstützung: 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
• Work-Life-Balance: Flexible Arbeitszeitgestaltung zur besseren Vereinbarkeit von Beruf und Privatleben; orts-flexibles Arbeiten nach Abstimmung
• Urlaub: 30 Tage Urlaub
• Wissen & Weiterbildung: Weiterentwicklung wird gezielt gefördert, z.B. durch JuDocS und HITEC (Graduiertenschule) – sowohl online als auch vor Ort
• Gesundheit & Wohlbefinden: Betriebliches Gesundheitsmanagement mit Angeboten wie Beachvolleyball, Laufgruppen, Yoga, betriebsärztlicher Dienst und Sozialberatung
• Campus-Erlebnis: Forschungscampus im Grünen mit Kantine und Seeblick
• Erfolgreicher Einstieg: Strukturierte Einarbeitung, Welcome Days und Welcome Guide
• Faire Vergütung: Zahlung nach TVöD-Bund Entgeltgruppe 13 (75%); zusätzliche Sonderzahlung zum Jahresende; Informationen im TVöD-Bund- Tarif
• Befristung: Die Position ist auf 3 Jahre befristet
• Unterstützung für Internationale: International Advisory Service erleichtert internationalen Mitarbeitenden den Einstieg

Neben spannenden Aufgaben und kollegialem Miteinander bieten wir weitere Informationen unter Hinweis auf unser Benefits-Angebot.

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

Weitere Informationen zu Vielfalt und Chancengerechtigkeit: Vielfalt und Chancengerechtigkeit; Förderung von Frauen.

Dienstort: Jülich

Beginn: Zum nächstmöglichen Termin

Gehalt: EG 13 (75%) TVöD-Bund

Bewerbungsfrist: Die Stelle wird bis zur erfolgreichen Besetzung veröffentlicht

Kennziffer: 2026D-0594

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