Doktorarbeit: Herstellung funktionaler Schichten für Elektroden der PEM-Wasserelektrolyse – Analyse des Elektrodentransferprozesses

Um den Elektrodentransfer besser verstehen und beeinflussen zu können, soll in einer ersten Phase der Dissertation eine umfangreiche Einarbeitung in die Physik der Oberflächenkräfte erfolgen. Nach dieser Einarbeitungsphase sollen bereits bekannte Verfahren der Oberflächencharakterisierung, wie die Bestimmung von polaren und dispersen Oberflächenenergie-Anteilen, am Institut etabliert werden, um sie anschließend für die Analyse der Haftkräfte zwischen Dispersion und Transferfolie sowie zwischen Katalysatorschicht und Transferfolie nutzen zu können. Ein besonderer Schwerpunkt dieser Arbeiten soll sich auf die Entwicklung von Methoden für die großflächige Charakterisierung von Substraten konzentrieren. Mit Hilfe der entwickelten Verfahren sollen für Quadratmeter große Proben oberflächenspezifische Informationen zusammengestellt werden. Die ermittelten Ergebnisse sollen helfen, die benötigten Haftkräften zwischen Elektrode und Transferfolie so einzustellen, dass die Elektroden über Rolle-zu-Rolle-Prozesse hergestellt werden können, sich bei dem Transferprozess großflächig und gleichmäßig vom Substrat lösen und an den Membranen haften bleiben. Die Abhängigkeit des Transferprozesses vom Anpressdruck und der Temperatur sollen in einem weiteren Teil der Arbeit untersucht werden.

Weitere Informationen

Unternehmen

Thesius Inspiration

Bereich/Abteilung

IEK-3 - Elektrochemische Verfahrenstechnik

Abschlussart

Bachelorarbeit

Branche

Maschinenbau und Betriebstechnik

Schlagwörter

physikalische Chemie Chemie Physik Materialwissenschaften Werkstoffwissenschaften Oberflächencharakterisierung Oberflächenkräfte

Anforderungen

Sie haben ein Universitätsstudium in Werkstoff- und Materialwissenschaften, Physik, Chemie, physikalische Chemie oder einem artverwandten Gebiet erfolgreich abgeschlossen.
Sie haben Freude an theoretischen und experimentellen Arbeiten.
Sie scheuen sich nicht sich in neue Themengebiete einzuarbeiten und sind an interdisziplinärem Arbeiten interessiert.
Sie finden Grundlagenforschung im Labor genauso interessant wie Arbeiten an Produktionsprozessen.
Sie zeigen persönliches Engagement und arbeiten gerne im Team.

Zusatzinformationen

Doktorarbeit: Herstellung funktionaler Schichten für Elektroden der PEM-Wasserelektrolyse – Analyse des Elektrodentransferprozesses
Ausschreibendes Institut: IEK-3 - Elektrochemische Verfahrenstechnik
Kennziffer: D147/2014, Werkstoff- und Materialwissenschaften, Physik, Chemie, physikalische Chemie

Beginn der Arbeit: Nach Vereinbarung

Zum Institut:
Das Institut für Energie- und Klimaforschung, Elektrochemische Verfahrenstechnik (IEK-3), im Forschungszentrum Jülich beschäftigt sich seit vielen Jahren mit Brennstoffzellen, Wasserelektrolyse und Brenngaserzeugung. In den Abteilungen Elektrochemie Elektrolyse und Verfahrenstechnik Elektrolyse werden Wasser-Elektrolyseure von den Einzelkomponenten, wie Membran-Elektrodeneinheiten (MEA), bis hin zu vollständigen Elektrolysesystemen entwickelt und aufgebaut. Ein wesentliches Ziel bei der Herstellung der MEAs besteht zurzeit darin, den Wirkungsgrad der Elektroden durch Weiterentwicklung der Produktionsverfahren zu erhöhen.

Aktueller Forschungsbedarf:
Ein bekanntes Verfahren für die Herstellung der Elektroden ist die sogenannte Transfermethode, bei der eine Kunststofffolie mit der Katalysatordispersion beschichtet und die Katalysatorschicht nach der Trocknung mit Hilfe eines Heißpressprozesses auf eine Membran transferiert wird.

Damit dieser Prozess in der großtechnischen Fertigung verwendet werden kann, soll die Transferfolie in einem Rolle-zu-Rolle Prozess beschichtet und anschließend weiter verarbeitet werden können. Hierbei besteht die Herausforderung zunächst darin, dass die Folie von der Katalysatordispersion benetzt wird und die getrocknete Schicht sich weder beim Trocknungsprozess noch beim späteren Aufrollprozess von der Folie ablöst. Für den anschließenden Transferprozess darf die Haftung auf der Folie nicht zu groß sein, da bei dem Heißpressverfahren ein vollständiger Übertrag der Katalysatorschicht auf die Membran erfolgen muss. Die richtige Einstellung der Haftkräfte setzt ein tiefes Verständnis der Wechselwirkungen zwischen Dispersion und Transferfolie sowie Katalysatorschicht, Transferfolie und Membran voraus.

Unser Angebot:

Die Stelle ist ab sofort und zunächst auf 3 Jahre befristet zu besetzen
Vergütung und Sozialleistungen nach dem Tarifvertrag des öffentlichen Dienstes (TVöD-Bund)

Der Umfang der Aufgabenstellung ist so gewählt, dass die Promotion in drei Jahren erfolgreich abgeschlossen werden kann.

Das Forschungszentrum Jülich möchte mehr Mitarbeiterinnen in diesem Bereich beschäftigen. Wir sind daher an der Bewerbung von Frauen besonders interessiert.

Ansprechpartner
Dr. Markus Stähler
Institut für Energie- und Klimaforschung
IEK-3: Elektrochemische Verfahrenstechnik
Elektrochemie Elektrolyse
MEA-Fertigungstechnik
Forschungszentrum Jülich GmbH
52425 Jülich

Internet: http://www.fz-juelich.de/iek/iek-3
Telefon: +49-2461-61 2775
E-Mail: m.staehler@fz-juelich.de