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Dissertation: Entwicklung einer Messmethode zur Detektion von lokalen Fehlstellen in Bipolarplatten

Ausschreibendes Institut: IEK-3 - Elektrochemische Verfahrenstechnik
Kennziffer: D147/2017, Elektrotechnik, Maschinenbau, Energie- und Verfahrenstechnik, Physik

Beginn der Arbeit: so früh wie möglich / nach Vereinbarung

Aufgabengebiet
Am Institut für Energie- und Klimaforschung wird auf dem Gebiet der elektrochemischen Energiewandler sowie autonomer Energiesysteme gearbeitet. Hierzu werden Energiesysteme und deren Komponenten sowie elektrochemische Vorgänge und Prozessführungen modelliert, experimentell untersucht und realisiert sowie systemanalytisch betrachtet.

Elektrochemische Energiewandler wie Brennstoffzellen und Elektrolyseure werden im Wesentlichen aus Wiederholeinheiten bestehend aus Membran-Elektroden-Einheiten und Bipolarplatten (BPP) aufgebaut. Der Fokus wird hier auf die BPP gelegt. Deren Hauptfunktionen sind: Gleichverteilung der Fluide über die aktive Fläche, gleichmäßige Leitung von elektrischem Strom und Wärme und mechanische Stabilisierung des Gesamtaufbaus. Leistungsfähigkeit und Langzeitstabilität der Energiewandler basiert maßgeblich auf einer gleichbleibend hochwertigen Qualität bei der Fertigung. Für die BPP besteht das Ziel, eine robuste und einfache Messmethode zu entwickeln, mit der es möglich ist, mit geringem Aufwand lokale Fehlstellen zu detektieren. Die Methodenentwicklung ist so anzulegen, dass ein weites Produktspektrum damit charakterisiert werden kann. Neben BPP für Niedertemperatur-Polymerelektrolyt-Brennstoffzellen sollen auch Materialien für Elektrolyseure darin eingebunden werden. Die zu prüfenden Werkstoffe können Metalle (mit/ohne Beschichtung) sowie Graphitkomposite umfassen.

Aufgabenbeschreibung
In der ersten Phase der Arbeit wird unterschieden zwischen Untersuchungen an BPP-Rohmaterialien sowie an „fertigen“ BPP mit Flowfieldstruktur. Durch Kombination von Modellbildung zur Berechnung des elektrischen Potentialfeldes in BPP mit anschließender experimenteller Verifikation soll ein Simulationstool entwickelt werden, welches eine Sensitivitätsanalyse zur Voraussage der maßgeblichen BPP-Eigenschaften ermöglicht. Diese Erkenntnisse fließen in die Entwicklung der standardisierten Messapparatur und die Messvorschrift ein. Beim Übergang von lokaler zu globaler Betrachtung geht es mithilfe der Tools Simulation und Messung darum, Lage und Anzahl der minimal notwendigen Messpunkte zu bestimmen, so dass lokale Fehlstellen und lokale Anisotropien zu erkennen sind. In einem weiteren Arbeitspaket geht es um die Quantifizierung von „akzeptablen“ Fehlstellen. Dabei werden fertige, strukturierte BPP (mit und ohne Fehlstellen) im Brennstoffzellenbetrieb untersucht. Beim Vergleich mit der „fehlerlosen“ Referenzzelle wird die maximale Streubreite für den Widerstand quantifiziert, bis zu der keine signifikante Änderung der Brennstoffzellenperformance festzustellen ist.

Anforderungen
Sie studieren Elektrotechnik, Verfahrenstechnik, Maschinenbau oder Physik vorzugsweise mit der Vertiefungsrichtung Energietechnik. Vertiefte Kenntnisse in elektrochemischen Energiewandlungstechnologien, z.B. Brennstoffzellen sind erforderlich. Sie zeichnen sich durch eine selbständige und analytische Arbeitsweise aus.

Das Forschungszentrum Jülich möchte mehr Mitarbeiterinnen in diesem Bereich beschäftigen. Wir sind daher an der Bewerbung von Frauen besonders interessiert. Bewerbungen schwerbehinderter Menschen sind uns willkommen.

Ansprechpartner
Prof. Dr. rer. nat. Werner Lehnert / Dr.-Ing. Holger Janßen
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 5082
E-Mail : h.janssen@fz-juelich.de

Wir freuen uns auf Ihre Bewerbung!


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