Experimentelle Untersuchung des Direktbeschichtungsverfahren zur Herstellung von katalysatorbeschichteten Membranen für Elektrolyseure oder Brennstoffzellen für die Herstellung und Nutzung von grünem Wasserstoff

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.
Zunächst wird die erste Seite der Membran nassbeschichtet. In der Regel ist die Membran dabei auf der Unterseite mit einer Supportfolie verbunden, die das Beschichten der ersten Seite erleichtert. Die Tinte kann beispielsweise mithilfe einer Rakel oder einer Schlitzdüse aufgetragen werden. Die Beschichtung der zweiten Seite gestaltet sich deutlich anspruchsvoller, da hierfür die Supportfolie entfernt werden muss. Dadurch wird das zu beschichtende Substrat mechanisch geschwächt, und die
Membran kann sich infolge der Lösemittelaufnahme in alle Raumrichtungen ausdehnen. Dies erschwert die weitere Prozessierung erheblich. Während der Trocknung werden die Lösemittel entfernt, sodass die Membran wieder zurückschrumpft, was zu mechanischen Spannungen und Deformationen führen kann.

Ziel dieser studentischen Arbeit ist die Untersuchung die beidseitige Direktbeschichtung der Membran mit Katalysatortinten. Dabei soll systematisch der Einfluss unterschiedlicher Membrantypen – verstärkte, unverstärkte sowie unverstärkte Membranen ohne Support – auf das Beschichtungsergebnis analysiert werden. Ein besonderer Fokus liegt dabei auf der Beschichtung der zweiten Membranseite. Zu diesem Zweck sollen sowohl Materialparameter der Tinte (z. B. Lösemittelauswahl und -zusammensetzung, Feststoffgehalt) als auch Prozessparameter (z. B. Temperatur, Wärmeübergangskoeffizient) des Trocknungsprozesses variiert und optimiert werden.

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

Karlsruher Institut für Technologie (KIT) - Thin Film Technology

E-Mail Adresse

linus.janning@kit.edu

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Bewerbungsunterlagen

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• Notenauszug

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