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Ausschreibender Bereich: IEK-3 - Elektrochemische Verfahrenstechnik
Kennziffer: D032/2017, Physik, Chemie, Mathematik

Dissertation: Modellgestützte Charakterisierung der Morphologie von Katalysatorschichten für Brennstoffzellen

Beginn der Arbeit: 01.04.2017 / nach Vereinbarung

Aufgabengebiet:
Brennstoffzellen sind hocheffiziente Energiewandler, welche die Umwandlung von chemischer Energie (z. B. Wasserstoff und Sauerstoff) direkt in elektrische Energie ermöglichen. Eine Voraussetzung für hohe volumetrische und gravimetrische Leistungsdichten ist die Realisierung leistungsfähiger Membran-Elektrodeneinheiten, bei denen die anoden- und kathodenseitigen Katalysatorschichten durch eine dünne ionenleitende Polymermembran (Dicke ca. 10 bis 100 Mikrometer) getrennt sind. Die Katalysatorschichten, in denen die elektrochemischen Reaktionen ablaufen, haben eine Dicke von ca. 20 bis 100 Mikrometer. Als Katalysator kommt meist fein dispergiertes Platin auf einem Kohlenstoffträger zum Einsatz.

Aufgabenbeschreibung:
Ziel der Arbeit ist die modellgestützte Beschreibung der Morphologie der Katalysatorschichten. Die Grundlage für die Arbeit bilden tomografische Abbildungen der Schichten bei Raumtemperatur. Ebenfalls ist das Ziel, eine Modellvorstellung des Katalysators im Brennstoffzellenbetrieb zu erhalten. Schwerpunkte sind dabei zeitlich-strukturelle Veränderungen als Funktion von Temperatur, Wassergehalt und Stromdichte der Brennstoffzelle. Als Werkzeug können sowohl so genannte mean field Methoden für analytische Modelle, als auch numerische Methoden wie z. B. Monte Carlo Methoden angewandt werden.

Anforderungen:
Das vorliegende Forschungsgebiet zeichnet sich durch einen hohen Grad an Interdisziplinarität aus. Deshalb ist Teamfähigkeit eine wichtige Grundvoraussetzung. Weiterhin sollten vertiefte Kenntnisse auf mehreren der folgenden Gebiete vorhanden sein. Physik / Chemie / Mathematik / gute Programmierkenntnisse / Erfahrung mit der Modellierung räumlicher Strukturen / Grundlagen in Elektrochemie, Wärme- und Stoffübergang, Verfahrenstechnik. Sie zeichnen sich durch eine selbständige und analytische Arbeitsweise aus.

Ansprechpartner
Prof. Dr. rer. nat. Werner Lehnert / Dr. rer. nat Uwe Reimer
Forschungszentrum Jülich GmbH
Institut für Energie- und Klimaforschung – Elektrochemische Verfahrenstechnik (IEK-3)
52425 Jülich

http://www.fz-juelich.de/iek/iek-3
Tel.: +49-2461-61 3537
E-Mail : u.reimer@fz-juelich.de

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