Doktorand:in Für das Projekt rotosoc

Der Institutsbereich „Werkstoffsynthese und Herstellungsverfahren (IMD-2)“ im „Institut of Energy Materials and Devices (IMD)“ bietet ein dynamisches und internationales Arbeitsumfeld. Wir entwickeln Materialien und Komponenten für moderne Energiewandler und Hochleistungsspeicher (insbesondere oxidkeramische Brennstoff/Elektrolysezellen, Festkörperbatterien, Wärmedämmschichten für Gasturbinen sowie auch Gastrennmembranen). Der Schwerpunkt liegt dabei auf anorganischen Werkstoffen, die als Funktionsschichten aus Pulvern oder über die Gasphase verarbeitet werden. Unsere Arbeit beinhaltet den schnellen Transfer von wissenschaftlichen Ergebnissen und den entwickelten Technologien in die Industrie.

**Ihre Aufgaben**:
Die zukünftige Energieversorgung, basierend auf regenerativen Energiequellen wie Photovoltaik oder Windkraft, benötigt Speichermedien, die entweder Strom direkt speichern können oder aus dem Strom nutzbare Energierohstoffe herstellen. Das Basismolekül hierfür ist Wasserstoff. Dieser kann über die Elektrolyse von Wasser (Dampfelektrolyse) oder einem Wasser-Kohlendioxidgemisch (Ko-Elektrolyse) hergestellt werden. Hochtemperatur-Elektrolyseure (SOE; solid oxide electrolyzers) sind eine der Elektrolyseurtechnologien. SOEs bauen auf keramischen Zellen auf, die heutzutage mittels typischer Keramiktechnologien wie Siebdruck oder Foliengießen hergestellt werden.
Sollen jedoch sowohl die Ziele der Bundesregierung als auch die weltweiten Klimaziele erreicht werden, müssen deutlich mehr Elektrolyseure pro Jahr hergestellt werden und somit auch die Herstellung der Zellen stark nach oben skaliert werden.
Im Rahmen eines technologieübergreifenden deutschen Forschungs-Projekts zwischen einem Industriepartner, einem Fraunhofer-Institut und dem Forschungszentrum Jülich soll ein neuer Weg der Herstellung der SOEs untersucht und etabliert werden. Abgeleitet von der Herstellung von Solarzellen sollen die neuen SOEs durch ein Rotationsbeschichtungsverfahren im kontinuierlichen Durchlauf mit Funktionsschichten versehen werden. Diese Beschichtungstechnik könnte die Herstellung der SOEs durch eine Reduzierung des Zeitaufwandes signifikant revolutionieren. Damit würde die potenzielle Produktion auf mehrere Millionen Einheiten pro Jahr gesteigert werden können und somit die Skalierung der Hochtemperatur-Elektrolyseur-Technologie maßgeblich vorantreiben - sowohl hinsichtlich der Produktionskapazitäten als auch der Kosteneffizienz, da die Kosten pro Bauteil durch die erhöhte Produktionsgeschwindigkeit sinken. Im Förderprojekt stellt der Industriepartner das zu beschichtende Basissubstrat bereit, während das Fraunhofer-Institut die Rotationsbeschichtung durchführt. Das Forschungszentrum Jülich ist für die Entwicklung von Pulvern und Pasten, sowie die eingehende Charakterisierung der rheologischen Eigenschaften der Pasten verantwortlich, um gezielt Schichtstruktur und -morphologie einstellen zu können. Letzteres in enger Abstimmung mit dem Fraunhofer-Institut, um eine schnelle Übertragung der entwickelten Pasten in die Versuchsbeschichtungen zu ermöglichen. Wenn sie in einer der weltweit renommiertesten Forschergruppen aus dem Bereich Festoxid-Brennstoff
- und Elektrolysezellen mitarbeiten möchten, bewerben sie sich umgehend

Ihre Aufgaben umfassen hauptsächlich Folgendes:

- Herstellung und Optimierung von keramischen Suspensionen, einschließlich der Charakterisierung und Vorbehandlung der verwendeten Pulver, Wahl geeigneter Dispergiersysteme und Konzentrationen
- Verarbeitung keramischer Suspensionen durch Folienguß- und Siebdruckverfahren zur Herstellung von Zellen
- Vergleich der etablierten Verfahren mit dem neuen Rotationsbeschichtungsverfahren
- Analyse des Einflusses der rheologischen Kennparameter wie Viskosität, Fließgrenze und zeitabhängiges Fließverhalten auf die Beschichtung und die resultierende Beschichtungsgüte
- Analyse des Sinterverhaltens des Mehrschichtverbundes sowie die Auswirkungen der Suspensionszusammensetzung auf die Schichten, deren Morphologie und Leistungscharakteristik
- Durchführung von post-mortem Analysen (PMA) zur Identifizierung von mikrostrukturellen und chemischen Veränderungen der Zellen während der Herstellung und ggf. nach Auslagerung

**Ihr Profil**:

- Erfolgreich abgeschlossenes Masterstudium der Materialwissenschaften, Werkstofftechnik, oder einem vergleichbaren Feld mit sehr guter Abschlussnote
- Gute Kenntnisse auf dem Gebiet der Materialwissenschaften, der Festkörperchemie und idealerweise der keramischen Verfahrenstechnik
- Erfahrung auf dem Gebiet der Pulversynthese sowie der Herstellung keramischer Bauteile sind von großem Vorteil und unerlässlich
- Kenntnisse auf dem Gebiet der keramischen Ionenleiter sowie der Elektrochemie sind ein Vorteil
- Sehr gute Deutsch und Englischkenntnisse (fließend in Wort und Schrift)
- Freude an der Bearbeitung komplexer Aufgaben und am Lernen, sowie eine eigenständige Arbeitsweise und Teamfähigkeit

**Unser Angebot**:
Wir arbeiten an hochaktuell