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Ausschreibender Bereich: IEK-9 - Grundlagen der Elektrochemie
Kennziffer: 2019M-018, Physik, Chemie, CES (Computational Engineering Science)

Masterarbeit: Modellierung von Ersatzschaltbildern zur Beschreibung elementarer Prozesse in SOFCs/SOECs

Die Gruppe „Elektrochemie“ des Instituts für Grundlagen der Elektrochemie (IEK-9) am Forschungszentrum Jülich ist auf der Suche nach einem Masterand (m/w/d) mit den unten aufgeführten Qualifikationen zur Vergabe eines Masterarbeitsthemas zum frühsten möglichen Einstellungszeitpunkt.

Ihre Aufgabe:
Im Rahmen verschiedener nationaler und internationaler Projekte untersucht die Gruppe elektrochemische Prozesse in Festoxidbrennstoffzellen (SOFC) sowie Festoxidelektrolysezellen (SOEC). Elektrochemische Impedanz-Spektroskopie (EIS) ist eine leistungsstarke Analysetechnik, die zur Charakterisierung von Vollzellen sowie Anoden- und/oder Kathoden-Halbzellen eingesetzt wird. Bei der Verwendung der EIS wird ein kleiner alternierender elektrischer Impuls (Spannung/Strom) auf die Zelle angewandt und deren Antwort (Strom/Spannung) aufgenommen. Die so erhaltenen Impedanzspektren werden gewöhnlich an Ersatzschaltbild-Modelle (ECM) gefittet und damit auch analysiert. Ein ECM besteht aus elektrischen Komponenten, wie Widerstände, Induktivitäten und Kondensatoren, die in Reihe und/oder parallel zusammengeschaltet sind. Diese Elemente beschreiben physikalisch-chemische Prozesse, welche an/in der Elektrode/Elektrolyt Grenzfläche der Zelle stattfinden.

Die Hauptfrage in der Analyse von Impedanzspektren ist stets, welche Kombination der elektrischen Komponenten das komplexe System vollständig beschreibt. Dabei kann die Analyse der Verteilung von Relaxationszeiten (DRT) jener Impedanzdaten hilfreich sein, eine Methode, die die Antwort in Häufigkeit der auftretenden Frequenzen charakterisiert. Das Frequenzmuster beinhaltet Informationen über die mögliche Anzahl an ablaufenden Prozessen innerhalb der Zelle und deren Zeitkonstante. Unglücklicherweise gibt es Redundanzen in den experimentellen Daten der DRT-Analyse, was bedeutet, dass ein aufgenommenes Frequenzmuster zu mehreren ECM passen kann, es aber nicht möglich ist herauszufinden, welches davon die tatsächlich ablaufenden Prozesse am besten beschreibt. Das ist der Grund, warum wir hier einem anderen Ansatz folgen möchten: bevor experimentelle DRT-Daten ausgewertet werden, soll eine Datenbank bestehend aus simulierten DRT-Spektren (von sehr einfachen hin zu komplexeren ECM) aufgebaut werden in der die Beschreibung der zugrunde liegenden physikalischen Prozesse (in der Theorie) in der Zelle bekannt sind. Darauf aufbauend möchten wir uns klarmachen, welche Kombination der theoretischen Spektren am besten zu unseren experimentellen Daten passt und ob die Auswahl in Bezug auf die experimentellen Parameter sinnvoll ist.

Ihr Profil:

  • Student (m/w/d) im Bereich der Physik, Chemie, CES (Computational Engineering Science) oder andere relevante Disziplinen
  • frühere Erfahrungen im Programmieren speziell in der folgenden Sprache sind wünschenswert aber nicht notwendigerweise benötigt: Python
  • Kenntnisse im Bereich der Elektrochemie können hilfreich sein
  • ausgezeichnete Kooperations- und Kommunikationsfähigkeiten sowie das Vermögen als Teil eines Teams zu arbeiten
  • fließend Englisch sprechen

Unser Angebot:

  • ein internationales Umfeld sowie eine exzellente Infrastruktur in einem der größten Forschungszentren innerhalb Europas
  • ein Vertrag als studentische Hilfskraft ist möglich

Kontakt:
Für mehr Informationen kontaktieren Sie bitte:
Herrn Severin Foit
Institut für Energie- und Klimaforschung – Grundlagen der Elektrochemie (IEK-9)
Forschungszentrum Jülich GmbH

Internet: www.fz-juelich.de/iek/iek-9
E-Mail: s.foit@fz-juelich.de