Doktorand:in – Prozessentwicklung - Elektrolyse der nächsten Generation (w/m/d)
Die großskalige Wasserstoffproduktion für den globalen Transport scheitert derzeit oft noch an einem grundlegenden Konflikt: Industrieanlagen, die Wasserstoff in eine transportfähige Form (z.B. Ammoniak) bringen, benötigen für einen wirtschaftlichen Betrieb eine konstante Wasserstoffversorgung, doch erneuerbare Energiequellen wie Wind- und Solarenergie sind zwar günstig unterliegen aber einer intrinsischen Volatilität. Diese Diskrepanz kann aktuell nur durch kostenintensive Speichertechnologien ausgeglichen werden.
Unsere Idee für einen neuartigen Elektrolyseprozess setzt an diesem Zielkonflikt an: Durch die Trennung der energieintensiven Sauerstoffentwicklungsreaktion (OER) von der Wasserstoffproduktionsreaktion (HER) können diese zeitlich und räumlich entkoppelt werden. Elementares Zink in Form einer hochbeladenen Suspension dient dabei als Redox-Intermediat und fungiert als chemisches Speichermedium, während die Zinksuspension in Tanks zwischengelagert wird. Als technisches Vorbild dienen Flussbatterie-Konzepte für die Zink-Luft-Batterie.
In einem ersten Schritt wird gelöstes Zinkoxid unter Freisetzung von Sauerstoff zu Zink reduziert. Dieser Schritt erfordert viel Energie und läuft daher nur ab, wenn günstige erneuerbare Energie verfügbar ist. Im zweiten Schritt reagiert Zink mit Wasser zu Zinkoxid und Wasserstoff. Dieser Schritt erfordert sehr wenig Energie und kann daher kontinuierlich betrieben werden. Der Prozess benötigt keine Edelmetalle, teure Ionentauschermembranen oder sonstige kritische oder teure Rohstoffe.
Das Ergebnis sind vier entscheidende Vorteile: Erstens ermöglicht es eine kostengünstige Produktion durch direkte Nutzung volatiler Energiequellen ohne Stabilisierungssysteme. Zweitens erlaubt es kontinuierlichen Betrieb trotz intermittierender Energiequelle. Drittens entfallen die Anforderungen an integrierte Stromnetze. Viertens spart es die zusätzlichen Kosten für redundante Infrastruktur ein.
Ihre Aufgaben im Team
- Entwicklung und Etablierung technischer Verfahren zur Handhabung von Metallsuspensionen
- Entwicklung, Konstruktion und Experimentelle Charakterisierung von Elektrochemischen Zellen für Suspensionselektroden
- Planung, Durchführung und Auswertung elektrochemischer Experimente zur Charakterisierung und Optimierung des Prozesses
- Veröffentlichung und Präsentation der Ergebnisse in hochrangigen und anerkannten Zeitschriften sowie auf nationalen und internationalen Konferenzen
- Zusammenarbeit mit Kooperationspartnern aus anderen Forschungsdisziplinen
- Unterstützung bei beim weiteren Auf- und Ausbau des Instituts (z. B. Geräteinbetriebnahme, Aufbau von Versuchsständen)
Das bringen Sie mit
- Erfolgreich abgeschlossenes wissenschaftliches Hochschulstudium (Master) in den Bereichen Verfahrenstechnik, Maschinenbau, Energietechnik, Physik oder in verwandten Disziplinen
- Sehr gute Kooperations- und Kommunikationsfähigkeit sowie Freude an der Arbeit in einem Team
- Die Fähigkeit, Initiative zu zeigen und eigenständig zu arbeiten
- Sehr gute organisatorische Fähigkeiten
- Hohes Maß an Motivation, die Promotion und das Projekt wissenschaftlich voranzutreiben
- Kenntnisse in der Wasserstoff- und Energieforschung von Vorteil
- Eigeninitiative und eine strukturierte lösungsorientierte Arbeitsweise
- Technisches Verständnis und Freude an praktischer Arbeit (Hands on Mentalität)
- Grundlegende Erfahrung im Bereich Elektrochemie von Vorteil aber nicht notwendig
- Sehr gute Englischkenntnisse, sowohl mündlich als auch schriftlich (mindestens B2-Niveau nach dem [GeR](https://go.fzj.de/sprachkenntnisse)), idealerweise nachgewiesen durch ein Zertifikat
Freuen Sie sich auf folgende Benefits
- Team & Umfeld: Sie arbeiten in einem motivierten Team mit internationaler und interdisziplinärer Ausrichtung – an einer der größten Forschungseinrichtungen Europas
- Vernetzung & Austausch: Sie nehmen an (internationalen) Ko