Doktorand:in für das Projekt „RotoSOC“ (w/m/d)

Forschung für eine Gesell­schaft im Wandel: Das ist unser Antrieb im For­schungs­zen­trum Jülich. Als Mitglied der Helmholtz-Gemein­schaft stellen wir uns großen gesell­schaft­lichen Heraus­forde­rungen unserer Zeit und erfor­schen Optionen für die digi­tali­sierte Gesell­schaft, ein klima­schonendes Energie­system und res­sour­cen­schüt­zendes Wirt­schaften. Arbeiten Sie gemein­sam mit rund 7.400 Kolleg:innen in einem der größten For­schungs­zen­tren Europas und gestalten Sie den Wandel mit uns!

Der Institutsbereich „Werkstoffsynthese und Herstellungsverfahren (IMD-2)“ im „Institute 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.

Verstärken Sie diesen Bereich zum nächst­möglichen Zeitpunkt als

Doktorand:in für das Projekt „RotoSOC“ (w/m/d)

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 (SOEs; 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 geschieht 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 der 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

• Erfolgreich abgeschlossenes Masterstudium der Materialwissenschaften bzw. der Werkstofftechnik oder in 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 von großem Vorteil und unerlässlich
• Kenntnisse auf dem Gebiet der keramischen Ionenleiter sowie der Elektrochemie von 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

Wir arbeiten an hochaktuellen gesellschaftlich relevanten Themen und bieten Ihnen die Möglichkeit, den Wandel aktiv mitzu­gestalten! Wir unterstützen Sie in Ihrer Arbeit durch:

• Einen großen Forschungs­campus im Grünen, der beste Möglichkeiten zur Vernetzung mit Kolleg:innen sowie zum sportlichen Ausgleich neben der Arbeit bietet
• Ein umfangreiches betriebliches Gesundheits­management
• Optimale Voraussetzungen zur Vereinbarkeit von Beruf und Privatleben sowie eine familien­bewusste Unternehmens­politik
• Die Möglichkeit zum (orts-)flexiblen Arbeiten, z. B. im Homeoffice in Abstimmung mit dem:der Vorgesetzten und im Einklang mit erforderlichen Präsenz­terminen
• 30 Tage Urlaub (in Abhängigkeit von dem gewählten Arbeits­zeit­modell) sowie alle Brückentage und zwischen Weihnachten und Neujahr immer dienstfrei
• Weiterentwicklung Ihrer persönlichen Stärken, z. B. durch ein umfang­reiches Trainings­angebot; ein strukturiertes Programm mit Weiter­bildungs- und Vernetzungs­angeboten speziell für Promovierende über JuDocS, das Jülich Center for Doctoral Researchers and Supervisors: fz-juelich.de/en/judocs

Neben spannenden Aufgaben und einem kollegialen Miteinander bieten wir Ihnen noch viel mehr: go.fzj.de/Benefits.

Die Position ist auf drei Jahre befristet mit der Möglichkeit einer länger­fristigen Perspektive. Die Vergütung erfolgt analog der Entgelt­gruppe 13 (75 %) des Tarifvertrags für den öffentlichen Dienst (TVöD-Bund) zuzüglich 60 % eines Monats­gehaltes als Sonder­zahlung („Weihnachts­geld“). Eine über die Grund­vergütung hinaus­gehende Vergütung ist ggf. möglich. Die monatlichen Entgelte in Euro entnehmen Sie bitte dort der Seite 66 des PDF-Downloads: go.fzj.de/bmi.tvoed. Informationen zur Promotion im Forschungs­zentrum Jülich inklusive der Standorte finden Sie hier: fz-juelich.de/gp/Karriere_Docs.