Bachelor- oder Masterarbeit – Wasserstofferzeugung: Untersuchung der Diaphragma-Stabilität - Köln

Ziel dieser Arbeit ist es, die Degradation von Diaphragmen in Elektrolysezellen unter realitätsnahen Betriebs­bedingungen zu untersuchen. Das Diaphragma ermöglicht den Ionentransport von der Kathode zur Anode und trennt dabei die Wasserstoffproduktion an der Kathode räumlich von der Sauerstoffproduktion an der Anode, um eine effiziente und sichere Gasproduktion zu gewährleisten. Aufbauend auf einem bereits entwickelten In-situ-Teststand zur Bestimmung der Gasseparationsfähigkeit soll ein Belastungstest entwickelt werden, um Alterungsmechanismen des Diaphragmas gezielt zu provozieren und deren Einfluss auf die Zellleistung und Gasreinheit zu charakterisieren. Das Ziel besteht darin, die Stabilität und Lebensdauer des Diaphragmas unter dynamischen Betriebsbedingungen besser zu verstehen, insbesondere im Hinblick auf die Nutzung von Strom aus erneuerbaren Energiequellen zur Erzeugung von grünem Wasserstoff. Mit dem In-situ-Messsystem zur direkten Untersuchung der Gasseparationsfähigkeit des Diaphragmas steht ein voll funktionsfähiges Test-Setup zur Verfügung, das eine effiziente Bearbeitung des Themas ermöglicht. Die Arbeit bietet einen tiefen Einblick in verschiedene elektrochemische und materialanalytische Methoden sowie in die bisher wenig erforschte Thematik der Diaphragma-Alterung. Ihre Aufgaben umfassen im Einzelnen:

• Einarbeitung in Degradationsmechanismen und Alterungsphänomene von Diaphragmen in der Elektrolyse

• Implementierung eines geeigneten Stress-Test-Protokolls (z. B. dynamische Lastprofile mit hohen Stromdichten, Temperaturzyklen und variierenden Betriebsbedingungen)

• Durchführung von Belastungsversuchen an Einzelzellen unter definierten Stressbedingungen

• Analyse der gealterten Diaphragmen mittels verschiedener Charakterisierungsmethoden (z. B. EIS, Elektrolytpermeation, Bubble-Point-Messung, Gaschromatographie zur Gasreinheitsanalyse, TGA)

• Vergleich der Ergebnisse mit Referenzproben und Bewertung der Degradationsfortschritte

• Ableitung von Zusammenhängen zwischen Betriebsparametern und beobachteten Veränderungen in der Diaphragma-Performance

• Präsentation und Diskussion der erzielten Ergebnisse