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Ausschreibender Bereich: IEK-3 - Techno-ökonomische Systemanalyse
Kennziffer: 2019M-077, Elektrochemische Verfahrenstechnik, Energietechnik, Maschinenbau, Computational Engineering Science oder vergleichbar

Masterarbeit: Modellierung des Kompressionsverhaltens eines Elektrolyseurs

Beginn der Arbeit: Flexibel/ nach Vereinbarung

Hintergrund
Wasserstoff ist eine besonders vielversprechende Speicherform für erneuerbare Energien im Kontext der Energiewende. In der interdisziplinären Arbeitsgruppe „Verfahrenstechnik der Elektrolyse“ am IEK-3 beschäftigen wir uns mit der Elektrolyse zur Herstellung von Wasserstoff. Die bisher am weitesten entwickelten Technologien dafür sind die Polymer-Elektrolyt-Membran-Elektrolyse und die alkalische Elektrolyse. Die Forschung im Bereich der Elektrolyse reicht von der Analyse von Funktionsschichten im Mikrometer-Bereich bis hin zu industrienahen Anwendungen mit einer Vielzahl von Systemkomponenten und hoher Systemkomplexität. Die Assemblierung von mehreren Einzelkomponenten zu einem Elektrolyseur spielt hierbei besonders im Up-Scaling eine große Rolle für die technische Realisierbarkeit und Wirtschaftlichkeit. Eine Möglichkeit diverse Assemblierungseffekte voraussehen und darstellen zu können, ist die computergestützte Modellierung eines Elektrolyseurs.

Aufgabenbeschreibung
Ziel der Masterarbeit ist es, das Kompressionsverhalten einzelner Stack-Komponenten innerhalb eines Polymer-Elektrolyt-Membran (PEM)-Elektrolyse Stacks mithilfe von „ANSYS Mechanical“ zu simulieren. Hierbei soll die Finite-Elemente Software dazu verwendet werden, das Verhalten kompressibler Funktionsschichten und der Dichtungskomponenten bei unterschiedlichen Verspannungsdrücken zu untersuchen. Hierzu soll vorerst eine Geometrieentwicklung eines 2D Modells im Labormaßstab zu einem 3D Modell stattfinden. Aus den gewonnen Ergebnissen soll ein allgemeines Modell zur Modellierung des Kompressionsverhaltens von beliebig skalierbaren Elektrolyseuren entwickelt werden.

Als nachfolgender Schritt soll ebenfalls der Stromfluss über die genannten Komponenten mithilfe von ANSYS simuliert werden. Für die Modellierung einzelner Komponenten wird eine eingehende Literaturrecherche bezüglich der verwendeten Materialien und Eigenschaften notwendig. Dabei sollen fehlende Materialdaten experimentell ermittelt werden, um das Modell zu vervollständigen. Weiterhin sollen unterschiedliche Betriebszustände durch die Variation des Zelldrucks und der Zelltemperatur mit Hilfe des Modells dargestellt werden.

Die Ergebnisse der Simulation sollen mittels Testzellen experimentell validiert werden und sowohl qualitativ als auch quantitativ in Bezug auf eine optimale Auslegung eines Elektrolyse Stacks interpretiert werden.

Anforderungen:

  • Gute Leistungen in Ihrem Studium der Verfahrenstechnik, Energietechnik, Maschinenbau, Computational Engineering Science oder eines vergleichbaren Studiengangs
  • Interesse an finite Elemente gestützter Simulation im Bereich elektrochemischer Systeme ist vorteilhaft
  • Vorkenntnisse mit ANSYS sind vorteilhaft
  • Logisches und strukturiertes Denken
  • Interesse an der Entwicklung neuartiger Lösungsansätze
  • Selbstständige und analytische Arbeitsweise

Unser Angebot:

  • Eine vielseitige, hochmotivierte Arbeitsgruppe mit internationaler Prägung innerhalb einer der größten Forschungseinrichtungen in Europa.
  • Hervorragende wissenschaftliche und technische Infrastruktur.
  • Intensive Betreuung der Arbeit vor Ort.

Ansprechpartner:
Sebastian Holtwerth (M. Sc.)
Institut für Energie- und Klimaforschung (IEK)
IEK-3: Elektrochemische Verfahrenstechnik
Verfahrenstechnik Elektrolyse
Forschungszentrum Jülich GmbH
52425 Jülich

E-Mail: s.holtwerth@fz-juelich.de
Telefon +49 2461 61-9074

Wir freuen uns auf Ihre Bewerbung!