Simulation der Trocknung von Lösemittelgemischen für Systeme der Wasserstoffkreislaufwirtschaft

Research topic/area

Brennstoffzellen/Wasserelektrolyse

Type of thesis

Master

Start time

01.10.2026

Application deadline

30.09.2026

Duration of the thesis

3-6 Monate

Description

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.
Die Tinte kann unter anderem mit einem Rakel auf die Membran aufgetragen werden. Nach der Tintenapplikation interagiert die Membran mit den Lösemitteln aus der Katalysatortinte. Die Lösemittel diffundieren dazu selektiv in die Membran. 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 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 simulativ beschreiben zu können, ist es notwendig Sorptionsgleichgewichte und -kinetiken zwischen den Lösemitteln, dem Ionomer und der Membran möglichst exakt mathematisch beschreiben zu können.

Ziel der studentischen Arbeit ist es den auftretenden Stofftransport während des Beschichtungs- und Trocknungsprozesses für katalysatorbeschichtete Membranen für PEM-Elektrolyseure und Brennstoffzellen simulativ zu beschreiben. Dafür soll zunächst ein bestehendes Modell in Python zur Trocknung eines binäres Lösemittelsystems auf Systeme mit drei oder mehr Lösemittel erweitert werden. Danach soll die Implementierung von Filmwiderständen durch die Zunahme des Polymeranteil zum Ende der Trocknung abgebildet werden. Bei einer erfolgreichen Implementierung kann zusätzlich die bei der Direktbeschichtung auftretende (selektive) Quellung des Substrats und die Lösemittelabgabe bei der anschließenden Trocknung berücksichtigt werden.

Requirement

Requirements for students

• 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.

Faculty departments

• Engineering sciences
  Chemical & process engineering

Supervision

Title, first name, last name

Linus Janning

Organizational unit

Thin Film Technology (KIT-TFT)

Email address

linus.janning@kit.edu

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Website

Application via email

Application documents

• Curriculum vitae
• Grade transcript

E-Mail Address for application
Senden Sie die oben genannten Bewerbungsunterlagen bitte per Mail an linus.janning@kit.edu


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