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Ausschreibender Bereich: IEK-1 - Werkstoffsynthese und Herstellungsverfahren
Kennziffer: 2019M-108, Werkstoff-/Materialwissenschaften, angewandte Physik, Maschinenbau

Masterarbeit: Entwicklung und Herstellung von planaren foliengegossenen Strukturbauteilen

Zur Erreichung der durch die Bundesregierung gesetzten Ziele der Energiewende im Jahr 2050 müssen u.a. der Anteil erneuerbarer Energien am gesamten Strommix deutlich erhöht, Energiespeicher und effizientere Energiewandler entwickelt und eine bessere Netzverteilung umgesetzt werden.

Energiewandler wie bspw. Brennstoffzellen, können hierbei einen wichtigen Beitrag leisten, da sie einerseits Elektrizität mit hohem Wirkungsgrad umwandeln und andererseits auch reversibel betrieben werden können, um als sog. Elektrolyseure regenerativ erzeugten (Überschuss)strom zu nutzen, um gasförmige Brennstoffe („grüner“ Wasserstoff, Synthesegas) und/oder Vorstufen für komplexere Brennstoffe und chemische Grundstoffe herzustellen.

Bei Niedertemperatur-Brennstoff- und Elektrolysezellen, die in der Regel eine planare Bauform aufweisen, werden u.a poröse Transportschichten aus Titanwerkstoffen eingesetzt. Bisher werden diese Bauteile als Streckmetalle ausgeführt. Diese Art der Bauweise lässt aber nur begrenzte Möglichkeiten zur Einstellung der für den Stofftransport wichtigen Porenstruktur des Bauteils zu.

Deshalb soll im Rahmen der ausgeschriebenen Masterarbeit, die im Auftrag eines Industrieunternehmens durchgeführt wird, diese poröse Transportschicht über das Verfahren des aus der Keramikherstellung bekannten Foliengießens erfolgen. Als Ausgangsstoff dient Titanpulver. Hierbei muss zunächst, basierend auf älteren Arbeiten am Institut, ein Schlicker entwickelt, charakterisiert, gegossen und getrocknet werden. Nach erfolgreicher Schlickerentwicklung, unter Verwendung eines vom Auftraggeber zur Verfügung gestellten Rohpulvers, sollen verschiedene Bauteildicken und –porositäten hergestellt werden. Die Abmessung der zu entwickelnden Bauteile liegt bei 100x100mm², d.h. eine erste Skalierungsstufe ist bereits enthalten. Nach Sinterung müssen die Bauteile ebenfalls charakterisiert werden (u.a. Schrumpfung, Krümmung, Porosität usw.).

Am Ende der Arbeit soll ein gießfähiger Schlicker stehen, der in Zieldicke und mit Zielporosität reproduzierbar abgegossen, getrocknet und gesintert werden kann und daraus gefertigte Bauteile.

Ausbildung: Studium z.B. Werkstoff-/Materialwissenschaften, angewandte Physik, Maschinenbau o.ä.

Anstellung: 6 Monate als student. Hilfskraft

Kontakt:
PD Dr. Martin Bram
Forschungszentrum Jülich
Institut für Energie- und Klimaforschung
IEK-1 Werkstoffsynthese und Herstellungsverfahren

m.bram@fz-juelich.de