Masterarbeit: Entwicklung eines 3D Modells für Elektrolysezellen mit protonleitender Keramik (w/m/d)

Das erwartet dich

Bis zum Jahr 2030 wird ein Anstieg des Wasserstoffbedarfs auf 175 Mt geschätzt. Eine umweltfreundliche Methode der Wasserstofferzeugung aus erneuerbaren Energien ist die Elektrolyse. Elektrolysezellen basierend auf protonenleitenden Keramiken (Eng. “proton conducting ceramics electrolysis cell”, PCCEL), zersetzen beim Anlegen einer elektrischen Spannung an der Anode Wasserdampf in Protonen, Elektronen und Sauerstoff. Die dabei entstehenden Protonen können durch die protonenleitende Keramik zur Kathode gelangen, während die Elektronen durch den externen Stromkreis fließen. An der Kathode rekombinieren Elektronen und Protonen, wodurch molekular Wasserstoff entsteht. Besonders attraktiv ist die PCCEL aufgrund der hierbei notwendigen Temperaturen von 400 bis 600 ˚C, die durch Abwärme von verschiedenen industriellen Prozessen bereitgestellt werden können.

Ziel der Masterarbeit ist die simulationsbasierte Optimierung des Zelldesigns von PCCEL hinsichtlich Faraday-Effizienz und Temperaturverteilung. Hierzu soll ein physikalisches Modell verwendet werden, welches am DLR entwickelt wurde und den Massen-, Ladungs- und Energietransport sowie die elektrochemischen Reaktionen räumlich aufgelöst beschreibt.

Deine Aufgaben

• Literaturrecherche zu PCCEL
• verbesserte Parametrierung und Validierung des Modells anhand experimenteller Daten (Kennlinien, Impedanzen)
• simulationsbasierte Optimierung des Zelldesigns

Das bringst du mit

• ingenieur- oder naturwissenschaftliches Studium (Maschinenbau, Luft- und Raumfahrttechnik, Verfahrenstechnik, Umwelttechnik, Physik, Technomathematik, o.ä.)
• Grundkenntnisse von Brennstoffzellen und Elektrochemie