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Ausschreibender Bereich: IEK-3 - Elektrochemische Verfahrenstechnik
Kennziffer: 2019M-012, Physik, Materialwissenschaften, Physikalische Chemie, Chemie

Masterarbeit: Untersuchung von oxydischen Elektrodenmaterialien für elektrochemische Festoxidenergiewandler

Beginn der Arbeit: nach Vereinbarung

Aufgabengebiet
Um die Erderwärmung, die durch die Emission von Treibhausgasen hervorgerufen wird, einzugrenzen, ist eine Umstellung des Energiesystems von fossilen Brennstoffen hin zu erneuerbaren Ressourcen erforderlich. Um eine solche Energiewende zu realisieren, müssen nachhaltige Konzepte zur Energiespeicherung entwickelt werden, da z.B. Wind- und Solarenergie von den meteorologischen Bedingungen abhängen und nicht kontinuierlich zur Verfügung stehen.

Am IEK-3 erforschen wir die wasserstoffbasierte Energiespeicherung, die auf der Umwandlung von elektrischer und chemischer Energie mittels Elektrolyse- und Brennstoffzellen beruht. Ein Schwerpunkt liegt dabei auf der Untersuchung von Festoxidzellen (Solid oxide cells, SOC), bei denen Metalloxide als Elektroden- und Elektrolytmaterialien eingesetzt werden. Während wir die technische Machbarkeit der Energiewandlung mittels SOCs bei hohen Temperaturen (> 750 °C) in Demonstrationsanlagen bereits nachweisen konnten, wird erwartet, dass eine Absenkung der Betriebstemperatur zu einer deutlichen Verringerung der Herstellungs- und Betriebskosten führt. Da der ionische und elektronische Transport von Metalloxiden jedoch stark temperaturabhängig ist, müssen neuartige Materialien mit einer höheren ionischen Leitfähigkeit für Niedrigtemperaturanwendungen erforscht und entwickelt werden.

Im Rahmen der Masterarbeit soll daher der Doppelperowskit NdBaMn2O5+x als neues Material für die Sauerstoffelektrode von SOCs grundlegend untersucht werden. Dabei ist die Hauptaufgabe, den Zusammenhang zwischen der Sauerstoffleerstellenkonzentration der Ausbildung der Doppelperowskitstruktur mit geschichteter Ordnung des Kationenuntergitters zu analysieren. Hierzu sollen zunächst Keramiken mittels der Festkörperreaktionsmethode (Solid state reaction route) und Sol-Gel-Prozessen synthetisiert werden. Die kristallographische Struktur und chemische Zusammensetzung der Keramiken soll mittels Röntgendiffraktometrie und energiedispersiver Röntgenspektroskopie bestimmt werden und die Stabilität des Materials unter SOC Betriebsbedingungen durch Auslagerungsexperimente bei verschiedenen Temperaturen und Sauerstoffpartialdrücken untersucht werden. Die so gewonnenen Ergebnisse sollen dazu benutzt werden, die Herstellungsparameter zu optimieren um qualitativ hochwertige Keramiken zu erhalten, die als Target für die Herstellung von Dünnschichten mittels gepulster Laserdeposition (PLD) verwendet werden können. In Kooperation mit dem Peter-Grünberg-Institut PGI-7 sollen abschließend NdBaMn2O5+x-Dünnschichten mit unterschiedlicher Sauerstoffleerstellenkonzentration auf dem Substrat SrTiO3 deponiert und charakterisiert werden.

Aufgabenbeschreibung

  • Herstellung von NdBaMn2O5+x-Keramiken
  • Charakterisierung mittels XRD, SEM, EDX, AFM
  • Durchführung von Auslagerungsexperimenten
  • Herstellung von Dünnschichten mittels PLD
  • Physikochemische Modellbildung zur Beschreibung des Redoxverhaltens der Doppelperowskite
  • Präsentation der Ergebnisse

Anforderungen

  • Studium mit der Fachrichtung Physik, Materialwissenschaften, Physikalische Chemie, Chemie oder eines vergleichbaren Studiengangs
  • Solide Grundkenntnisse der Festkörper- und Oberflächenphysik sowie der physikalischen Chemie
  • Interesse an experimentellen Arbeiten
  • Selbstständige, motivierte und analytische Arbeitsweise
  • Erfahrung mit Datenauswertungsprogrammen (Origin, Python, o. Ä.) wünschenswert

Unser Angebot

  • Eine hochmotivierte interdisziplinäre Arbeitsgruppe in einer der größten Forschungseinrichtungen in Europa.
  • Hervorragende wissenschaftliche und technische Infrastruktur.
  • Intensive Betreuung der Arbeit vor Ort.

Wir freuen uns auf Ihre Bewerbung für dieses spannende Projekt!

Ansprechpartner

Dr. Christian Rodenbücher
Telefon: +49 2461 61-6142
E-Mail: c.rodenbuecher@fz-juelich.de
Internet: http://www.fz-juelich.de/iek/iek-3

Institut für Energie- und Klimaforschung – Elektrochemische Verfahrenstechnik (IEK-3)
Physikochemisches Labor
Forschungszentrum Jülich