Experimentelle Untersuchung des Sorptions- und Trocknungsverhaltens von Lösemittelgemischen in Wechselwirkung mit Polymeren für Wasserstoffsysteme

Forschungsthema/Bereich

Brennstoffzellen/Wasserelektrolyse

Typ der Abschlussarbeit

Bachelor / Master

Startzeitpunkt

01.04.2026

Bewerbungsschluss

31.03.2026

Dauer der Arbeit

3-6 Monate

Beschreibung

Im Hinblick auf die angestrebte Energiewende fällt den Wasserelektrolyseuren und Brennstoffzellen eine wichtige Rolle zu. So können beispielsweise (Über-)Kapazitäten aus erneuerbaren Energien chemisch in einem Brennstoff (z.B. grünem Wasserstoff) gespeichert werden. Eine wesentliche Komponente in Protonenaustauschmembran Elektrolyseuren und Brennstoffzellen (PEM) ist die katalysatorbeschichtete Membran. Die polymerhaltige Membran trennt die Reaktanten. Die porösen Elektrodenschichten bestehen aus einem Katalysator und einem Ionomer (polymerbasierter Binder). Das Ionomer leitet die an der Anode entstehenden Protonen zur Kathode, während der Katalysator die Reaktion initiiert.
Aktueller Gegenstand der Forschung ist die nasschemische Direktbeschichtung der Membran mit einer Tinte aus Katalysator, Ionomer und mehreren Lösemitteln Membran für die PEM-Elektrolyse. Diese Methode bringt jedoch Herausforderungen mit sich, da die sogenannte Tinte – bestehend aus Lösemitteln, Katalysator und Polymer – stark mit der Membran interagiert. Die Aufnahmegeschwindigkeit und Menge ist beispielsweise abhängig von der Lösemittelauswahl und der -zusammensetzung. Nachfolgend muss das Lösemittel durch einen Trocknungsprozess entfernt werden, um den Katalysator mit dem ionenleitendem Polymer (Ionomer) auf der Membran zu fixieren. Hierbei trocknen die Lösemittel selektiv, zu Beginn gasseitig kontrolliert.
Um die Lösemittelinteraktion zwischen der polymerhaltigen Membran während des Beschichtungs- und Trocknungsprozesses experimentell zu messen, eignet sich die inverse mikro-Raman-Spektroskopie. Durch eine geeignete Kalibrierung ist es möglich mehrere Komponenten quantitativ zu messen. Das Verfahren des Fokuspunktes vom Objektiv mit einem Piezofokus ermöglicht die Konzentrationen ortsaufgelöst zu bestimmen.

Ziel der studentischen Arbeit ist die Untersuchung von auftretenden Stofftransportphänomenen bei der Applikation von Lösemitteln (mit Polymer) auf eine Polymembran. Es soll identifiziert werden ab wann welche Stofftransportphänomene dominierend sind. Es ist zu erwarten, dass sowohl Materialparameter wie die Zusammensetzung des Polymerlösemittelgemisches als auch Prozessparameter wie Temperatur (der Trocknung) hierauf einen Einfluss ausüben. Deswegen sollen gezielt Trocknungsversuche durchgeführt werden, um relevante Trocknungsabschnitte zu identifizieren und Parameter für eine Simulation zu erlangen. Das so erlangte Verständnis soll dabei helfen katalysatorbeschichtete Membranen optimiert herstellen zu können.

Voraussetzung

Voraussetzungen an Studierende

• Startpunkt und Umfang der Arbeit (BA oder MA) sind flexibel.
• Wissenschaftliche Neugier und Interesse am experimentellen Arbeiten sind die einzigen Voraussetzungen.
• Bei Interesse melde dich einfach bei uns und wir erzählen dir gerne mehr in einem Informationsgespräch.

Studiengangsbereiche

• Ingenieurwissenschaften
  Chemieingenieurwesen & Verfahrenstechnik

Betreuung

Titel, Vorname, Name

Linus Janning

Organisationseinheit

Thin Film Technology (KIT-TFT)

E-Mail Adresse

linus.janning@kit.edu

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Bewerbungsunterlagen

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