Doktorarbeit: Herstellung funktionaler Schichten für Elektroden der PEM-Wasserelektrolyse – Einfluss des Trocknungsprozesses auf die Elektrodenstruktur

Im Rahmen der Doktorarbeit soll in einer ersten Phase die Einarbeitung in die FTIR-Spektroskopie erfolgen. In einem vorhandenen Laborversuchsstand können Katalysatordispersionen getrocknet und das Abgas mittels FTIR-Spektroskopie untersucht Der Umfang der Aufgabenstellung ist so gewählt, dass die Promotion in drei Jahren erfolgreich abgeschlossen werden kann. werden. Auf diese Weise können die beim Trocknungsverlauf auftretenden Selektivitäten analysiert werden. Neben dem Einfluss der Versuchsparameter auf den Trocknungsverlauf soll die rheologische Charakterisierung der Katalysatordispersion Hinweise auf die maximal zu tolerierenden Kräfte, die beispielsweise während der Trocknung durch Marangoni-Konvektionen auftreten können, liefern. Die ermittelten Daten zur Selektivität der Trocknung und der Dispersionsrheologie werden dann in Modellrechnungen, die bei einem Kooperationspartner erfolgen sollen, für die Simulation des Trocknungsverlaufes verwendet. Das Ziel der Arbeiten ist es, Trocknungsbedingungen zu identifizieren, mit denen Strukturänderungen während der Trocknung verringert bzw. im gewünschten Maße beeinflusst werden können.

Weitere Informationen

Unternehmen

Thesius Inspiration

Bereich/Abteilung

IEK-3 - Elektrochemische Verfahrenstechnik

Abschlussart

Bachelorarbeit

Branche

Maschinenbau und Betriebstechnik

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

Kennziffer: D148/2014, 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. Die so hergestellte katalysatorbehaftete Membran wird dann für die MEA-Herstellung noch mit elektrisch leitfähigen Schichten verbunden. Der Wirkungsgrad der Elektroden wird neben der Wahl der Materialien auch durch die Struktur bestimmt, die sich in der Katalysatordispersion bzw. der getrockneten Schicht bei der Herstellung, der Beschichtung, der Trocknung und dem anschließenden Pressprozess einstellt. Während die Struktur in der Dispersion beispielsweise durch rheologische Analysen ermittelt werden kann, ist noch unklar, welchen Einfluss der Trocknungsprozess auf die Strukturbildung in der Elektrode hat. Die selektive Verdunstung von Lösungsmitteln in der Dispersion während der Trocknung kann hierbei zu unterschiedlichen Effekten in der noch flüssigen Dispersionsschicht führen, die die Struktur der Schicht prägen können.