Suche

zur Hauptseite

Navigation und Service


Masterarbeit: Ermittlung von mechanischen Werkstoffkennwerten für Materialien der PEM-Brennstoffzelle

Ausschreibendes Institut: IEK-3 - Elektrochemische Verfahrenstechnik
Kennziffer: D079/2017, Materialwissenschaften, Maschinenbau

Beginn der Arbeit: ab sofort

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. Um eine optimale Performance des Brennstoffzellenstacks zu gewährleisten, muss der elektrische Kontaktwiderstand zwischen der Katalysatorschicht der Membran möglichst gering sein. Dies wird durch einen hohen Anpressdruck erreicht. Gleichzeitig führt dieser jedoch zur Komprimierung der porösen Gasdiffusionslage, welche bei zu hohem Anpressdruck zu viel Porosität einbüßt. Daher müssen diese Bauteile zusammen mit Dichtungen und Rahmen so ausgelegt werden, dass jeder Bereich den optimalen Druck erfährt, um so eine optimale Leistung mit dem Brennstoffzellenstack zu erreichen.

Im Rahmen der Masterarbeit sollen mechanische Werkstoffkennwerte wie E-Modul unter Zug und Druck für zum Beispiel Kohlenstoffvliese und geprägte Metallbleche bestimmt werden. Darüber hinaus sollen die Abhängigkeiten des E-Moduls von Temperatur, Feuchte und Zeit von Membranwerkstoffen (Polymeren) bestimmt werden.

Mit Hilfe dieser Werte sollen anschließend Schlussfolgerungen über Schichtdicken und Dichtungs-Geometrien gezogen werden, die einen unter mechanischen Gesichtspunkten optimalen Betrieb ermöglichen.

Die Arbeit beinhaltet vornehmlich praktische Versuche an einer Zug/Druckprüfmaschine, einem Aufbau eines mechanischen Modells der PEM-Brennstoffzelle, sowie einer vorangestellten Literaturrecherche zu mechanischen Eigenschaften und bereits bekannten Werkstoffkennwerten.

Aufgabenbeschreibung:

  • Erarbeitung und Zusammenstellung der theoretischen Grundlagen der PEM-Brennstoffzelle und des Aufbaus von Brennstoffzellen
  • Erarbeitung eines mechanischen Modells einer PEM-Brennstoffzelle
  • Literaturstudie zu bereits bekannten, mechanischen Werkstoffkennwerten
  • Bestimmung von geeigneten, mechanischen Prüfverfahren
  • Ermittlung der fehlenden Werkstoffkennwerte mit zum Beispiel einer Zugprüfmaschine
  • Ableiten von Optimierungsmaßnahmen für die PEM-Brennstoffzelle
  • Dokumentation der Ergebnisse in einer Masterarbeit

Anforderungen:

  • Sehr gute Leistungen in Ihrem Studium der Materialwissenschaften, des Maschinenbaus oder eines vergleichbaren Studiengangs
  • Erfahrungen im Bereich Kunststofftechnik wünschenswert
  • 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


Servicemenü

Homepage