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Bachelor/Masterarbeit: Ermittlung der Prozessführungs-Parameter einer Prägevorrichtung zur Herstellung von metallischen Bipolarplatten für die PEM-Brennstoffzelle

Ausschreibendes Institut: IEK-3 - Elektrochemische Verfahrenstechnik
Kennziffer: D078/2017, Materialwissenschaften, Maschinenbau

Beginn der Arbeit: ab ca. 01.08.2017

Aufgabengebiet

Mit ihrem neuen Energiekonzept legt die Bundesregierung im Sinne einer umweltschonenden, zuverlässigen und bezahlbaren Energieversorgung fest, dass die erneuerbaren Energien im Energiemix der Zukunft den Hauptanteil übernehmen sollen. Durch den Ausbau von regenerativer Energieerzeugungskapazität entstehen neue Herausforderungen hinsichtlich der Speicherung großer Energiemengen, da der zunehmende Ausbau erneuerbarer Energien in Deutschland zu einem rapiden Anstieg fluktuierender Energie aus Wind und Sonne im Stromversorgersystem führt. Neben elektrischen und thermischen Speichern kommt dabei der chemischen Speicherung in Form von Wasserstoff, der mittels Elektrolyse aus regenerativem erzeugtem Strom produziert wird, eine hohe Bedeutung zu. Zur Rückwandlung dieser chemischen Energie in elektrische Energie kommen im Anschluss zum Beispiel Brennstoffzellen zum Einsatz.

So konzentrieren sich die Aktivitäten am IEK-3 in enger Zusammenarbeit mit Projektpartnern aus Forschung und Industrie auf die Optimierung von Polymer-Elektrolyt-Membran-(PEM) Brennstoffzellen. Neben der Entwicklung effizienter Membran-Elektroden-Einheiten beschäftigt sich das IEK-3 mit der Entwicklung von Stacks und Systemen. In früheren Anwendungen wurden Strömungsverteiler-Platten aus Grafit basierten, massiven Platten gefräst. Um Gewicht einzusparen werden diese mehr und mehr durch etwa 0,2 mm dicke Metallbleche ersetzt, in welche mittels verschiedener Umformverfahren Kanalstrukturen eingebracht werden. Der Prägeprozess ist eine Möglichkeit dies zu tun. Hier werden mittels Positiv- und Negativform die Kanalstrukturen in einer Presse in das Blech übertragen.

Im Rahmen der Masterarbeit sollen die Prozessparameter wie zum Beispiel Niederhaltekräfte, Oberflächenbeschaffenheit oder minimale Radien bestimmt werden, die es möglich machen vordefinierte Kanal-Geometrien zu erhalten. Hierfür stehen eine Prägevorrichtung mit verschiedenen Formen und eine einhubige Presse am Institut zur Verfügung. Das Ziel ist es, einfache als auch komplexere Strömungsverteiler Geometrien herstellen zu können.

Die Arbeit beinhaltet vornehmlich praktische Versuche an einer Presse mit zugehöriger Prägevorrichtung, Umkonstruktion der Prägeformen, sowie einer vorangestellten Literaturrecherche zum Thema Blechumformung und den Grundlagen der PEM-Brennstoffzelle.

Aufgabenbeschreibung:

  • Erarbeitung und Zusammenstellung der theoretischen Grundlagen der PEM-Brennstoffzelle und des Aufbaus von Brennstoffzellen
  • Literaturstudie zum Thema Blechumformung
  • Bestimmung von geeigneten Prozessparametern für die Herstellung geprägter Strömungsverteilerstrukturen
  • Ggf. Umkonstruktion der vorhandenen Formen
  • Dokumentation der Ergebnisse in einer Bachelor-/Masterarbeit

Anforderungen:

  • Sehr gute Leistungen in Ihrem Studium der Materialwissenschaften, des Maschinenbaus oder eines vergleichbaren Studiengangs
  • Erfahrungen im Bereich CAD Konstruktion (vorzugsweise Inventor)
  • Große Einsatzbereitschaft und Kreativität
  • Selbstständige, motivierte und analytische Arbeitsweise

Ansprechpartner:
Philipp Irmscher
Institut für Energie- und Klimaforschung (IEK)
IEK-3: Elektrochemische Verfahrenstechnik
Forschungszentrum Jülich
Telefon: +49 2461 61-9803

E-Mail: p.irmscher@fz-juelich.de
Internet: http://www.fz-juelich.de/iek/iek-3


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