Ausgangssituation

Der rapide Anstieg der Elektrofahrzeugflotte weltweit, von ca. 1 Million Fahrzeuge (2015) auf über 40 Millionen (2024), führt zu einer wachsenden Menge an gebrauchten Lithium-Ionen-Batterie-Systemen (LIB), die am Ende ihres Nutzungslebens einer hochwertigen Verwertung zugeführt werden müssen. Die EU-Batterieverordnung (EU) 2023/1542 schreibt ab 2030 Rückgewinnungsraten von mindestens 90 % für Lithium, 95 % für Kobalt und Nickel sowie 70 % für aktive Kathodenmaterialien vor und setzt damit hohe Anforderungen an vorgelagerte Demontageprozesse.

Eine gezielte, kaskadenförmige Demontage von Batteriepacks, entlang der Ebenen Pack → Modul → Zelle → Elektrode, ist Voraussetzung für die Erzeugung sortenreiner Materialfraktionen, wie sie für diverse Recyclingverfahren benötigt werden. Aktuelle industrielle Recyclingverfahren (Pyrolyse, direktes Schreddern) erzielen jedoch deutlich geringere Materialreinheiten (< 60 %) als eine tiefe Demontage (≥ 97 %).

Die größten Herausforderungen bei der automatisierten Demontage entstehen durch die hohe Architekturenvielfalt kommerzieller Batteriepacks: von modularen Cell-to-Module-Designs (C2M, z. B. VW ID.3, BMW i3) über zelldirekte Cell-to-Pack-Konzepte (CTP, z. B. BYD Blade, CATL Qilin) bis hin zu strukturell integrierten Lösungen (z. B. Tesla 4680 Structural Pack). Diese Vielfalt erfordert den gezielten Einsatz verschiedenster Sensortechnologien entlang der gesamten Demontagekaskade, um Prozessführung, Qualitätskontrolle und Sicherheitsüberwachung zu gewährleisten.

Für die systematische Bewertung und Weiterentwicklung sensorgestützter Demontageprozesse wird eine fundierte Literaturgrundlage benötigt, die bestehende Sensortechnologien klassifiziert, Leistungskennzahlen (KPIs) quantifiziert und Handlungsempfehlungen für die industrielle Umsetzung ableitet. Besonders relevant sind dabei u. a.:

• Elektrodenanalytik mittels Hyperspektralkameras (HSI) zur Materialklassifikation (NMC, LFP, NCA)
• Elektrochemische Impedanzspektroskopie (EIS) zur Zustandsbewertung (SOC, SOH) vor und während der Demontage
• 3D-Lasertriangulation und strukturiertes Licht zur geometrischen Erfassung und Prozessführung
• Kraft-Momenten-Sensorik für adaptives Füge- und Trennverhalten
• Thermografische Überwachung zur Detektion von Thermal-Runaway-Vorstufen
• Gassensorsysteme (MOX, PID) zur Erkennung von Elektrolytdämpfen und HF-Ausgasung
• Röntgen-/CT-Bildgebung zur zerstörungsfreien Zellzustandsanalyse

Aufgabenstellung

Im Rahmen der Abschlussarbeit soll eine systematische Konzeptionierung sensorgestützter Technologien für die Demontage von Lithium-Ionen-Batteriesystemen erfolgen. Dabei sind insbesondere folgende Arbeitsschritte vorgesehen:

• Systematische Literaturrecherche nach PRISMA-Richtlinien zu Sensortechnologien in der Batteriedemontage (Datenbankrecherche: Web of Science, Scopus, IEEE Xplore; Zeitraum 2010–2026)
• Klassifikation und Bewertung relevanter Sensortechnologien hinsichtlich Messgenauigkeit, Taktzeit, Sicherheitsanforderungen und industrieller Reife
• Charakterisierung der Demontagekaskade (Pack → Modul → Zelle → Elektrode) mit Fokus auf Prozessoperationen, Tooling-Anforderungen und Gefahrenprofilen je Ebene
• Entwicklung eines quantitativen KPI-Rahmens zur Bewertung der Demontageperformance
• Geometrische Charakterisierung kommerzieller Batteriepacks zur Quantifizierung von Skalierungsverhältnissen
• Trade-off-Analyse zwischen Demontagetiefe, Materialreinheit, Prozessdurchsatz und wirtschaftlicher Effizienz – differenziert nach Zellchemie
• Ableitung von Handlungsempfehlungen für die industrielle Integration von Sensorsystemen sowie für Standardisierungsansätze in automatisierten Demontageanlagen

Potenzielle Arbeitspakete

• Einarbeitung in das Themengebiet Batteriedemontage, Recyclingverfahren und Sensortechnik
• Durchführung der systematischen Datenbankrecherche und Aufbau eines Literaturkorpus
• Analyse und Klassifikation bestehender Sensortechnologien für LIB-Demontageanwendungen
• Entwicklung und Validierung des KPI-Rahmens anhand von Fallstudien aus der Literatur
• Geometrische Auswertung von Teardown-Daten kommerzieller Batteriepacks
• Quantitative Trade-off-Analyse: Demontagetiefe vs. Materialreinheit vs. Prozessdurchsatz
• Dokumentation der Ergebnisse in wissenschaftlicher Form (strukturiertes Reviewpapier mit Tabellen und Abbildungen)

Vorkenntnisse

• Grundkenntnisse in Batterietechnologien oder Produktionstechnik
• Interesse an Messtechnik, Automatisierung und sensorgestützter Prozessüberwachung
• Erfahrung mit Literaturrecherche und wissenschaftlichem Schreiben
• Grundkenntnisse in Statistik und Datenauswertung (z. B. für KPI-Analyse und Metaanalysen) von Vorteil
• Kenntnisse in gängigen Office- oder Analysewerkzeugen
• Selbstständige, strukturierte und analytische Arbeitsweise
• Interesse an angewandter Forschung im Bereich Elektromobilität, Kreislaufwirtschaft und Produktionstechnik
• Sicherer Umgang mit wissenschaftlicher Literatur und englischsprachigen Fachpublikationen

(Eine themenspezifische Einarbeitung in Sensortechnologien und Batteriedemontage erfolgt bei Bedarf zu Beginn der Arbeit.)

Voraussetzungen

• Begeisterung für das Themenfeld Batterierecycling, Elektromobilität und Produktionstechnik
• Hohe Motivation, Eigeninitiative und Bereitschaft zur intensiven Literaturarbeit
• Strukturierte, analytische und kritisch-wissenschaftliche Arbeitsweise
• Teamfähigkeit und Offenheit für Rückmeldungen

Beginn: Ab sofort oder nach individueller Absprache möglich

Sonstiges:

• Bearbeitung der Arbeit kann größtenteils im Home-Office erfolgen
• Der Arbeitsumfang kann je nach Art der Arbeit (BA / PA / MA) angepasst werden
• Die Arbeit ist überwiegend als Literatur- und Analysearbeit konzipiert; ggf. ist eine Kooperation mit Industriepartnern möglich

Bewerbung

• Bewerbung mit Lebenslauf und aktueller Fächerübersicht bitte per E-Mail an Thomas Hanf (kein Anschreiben erforderlich)
• Nähere Informationen über Umfang und genaue Ausrichtung der Arbeit gerne im persönlichen Gespräch
• Wichtig: Eine reine KI-Bewerbung führt zum sofortigen Ausschluss beim Bewerbungsprozess.

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