Doktorand:in - Projekt SynDiPET (w/m/d)

Das IMD-2 – Werkstoffsynthese und Herstellungsverfahren (ehemals IEK-1) erforscht und entwickelt Materialien, Bauteile und Komponenten für aktuelle und zukünftige hocheffiziente Energiewandlungs- und Speichersysteme. Dabei spielen Hochleistungskeramiken eine Schlüsselrolle. Die Forschungsfelder des IMD-2 sind: Werkstoffe für Hochtemperaturanwendungen (Wärmedämm- und Schutzschichten für Wasserstoff-Gasturbinen, -Fusionsanlagen und die Solarthermie), Gastrennmembranen für Wasserstoff und Sauerstoff, Sorbenzien für die direkte Entfernung von CO2 aus der Luft sowie katalytische Membranreaktoren für energieeffiziente Prozesse, Festoxid-Brennstoffzellen (SOFC) sowie Elektrolysezellen (SOEC) für die Erzeugung von H2 und CO und Beschichtungen für Niedertemperaturelektrolyseure, Lithium- und Natrium-Festkörperbatterien mit hoher Sicherheit und Stabilität für stationäre und mobile Anwendungen. Das Fachwissen der Forschenden, das von der Festkörperchemie und -synthese über die pulverbasierte und nasschemische Verarbeitung, das Sintern bis hin zu Dünnschicht- und thermischen Spritzverfahren reicht, ermöglicht eine schnelle Anpassung an die neuen wissenschaftlichen Herausforderungen. Die experimentellen Aktivitäten werden durch Multiskalenmodellierung (von DFT bis hin zur Fluiddynamik und Finite-Elemente-Analyse) ergänzt, was zu einem besseren Verständnis und einer besseren Vorhersage von Materialien und Prozessen führt.

Für die Energiewende in Deutschland werden dringend effiziente Umwandlungs- und Speichertechnologien gebraucht. Eine zentrale Rolle nimmt dazu die Elektrolysetechnologie ein, welche die Umwandlung von überschüssiger elektrischer Energie in Wasserstoff ermöglicht. Protonenleitende Membranen spielen in zukünftigen Wasserstoffkonzepten eine Schlüsselrolle als Elektrolyt für protonenleitende keramische Elektrolyse- und Brennstoffzellen (PCEC/PCFC). Eine aussichtsreiche Materialklasse für protonenleitende Membranen sind Yttrium-dotierte Bariumzirkonate BaZrxY1-xO3-d (BZY) und Bariumceratzirkonate BaZrxCeyY1-x-yO3-d (BZCY). Die elektrochemischen Eigenschaften können durch gezielte Dotierung mit Elementen wie Y3+, Yb3+, Al3+, Sc3+ und In3+ weiter verbessert werden, da eine Erhöhung der Korngrenzenleitfähigkeit in Aussicht steht. Zum gegenwärtigen Zeitpunkt wird der Einfluss von Dotierungselementen auf die Protonenleitfähigkeit in den meisten Fällen durch Trial und Error-Verfahren untersucht und die gezielte Nutzung der Segregation von Akzeptordotierungselementen auf Korngrenzen steht noch am Anfang.

Ihre Aufgaben im Team

Als Teil der von der DFG geförderten Forschergruppe FOR5966 „Synergistic Design of Proton-Conducting Ceramics for Energy Technology“ SynDiPET, stellen Sie am Forschungszentrum Jülich am Institut für Energy Materials and Devices (IMD-2: Materials Synthesis and Processing) akzeptordotierte BZY und BZCY-Membranen ausgehend von selbst synthetisierten Pulvern mit Schnellsintermethoden her und charakterisieren diese grundlegend für eine Anwendung im Bereich PCEC/PCFC. In der Forschergruppe FOR5966 – bestehend aus der TU Darmstadt, Universität Stuttgart, Max-Planck-Institut Stuttgart, Universität Gießen, Karlsruher Institut für Technologie und Forschungszentrum Jülich – werden Photonisches Sintern als weitere Schnellsintermethode und tiefergehende Charakterisierungsmethoden angewandt. Ziel ist die Erstellung einer Prozess-Defekt-Mikrostruktur-Eigenschaften Datenbank, die es anderen Projektpartnern ermöglicht, ein datengesteuertes Konzept maschinellen Lernens zu entwickeln, das den Zusammenhang zwischen Sinterparametern und funktionellen Eigenschaften vorhersagt.

• Pulversynthese und gezielte Dotierung von akzeptordotierten BZY- und BZCY-Pulvern über eine modifizierte Mixed-Oxide-Route
• Sintern von Probekörpern durch ultraschnelles Hochtemperatursintern (Ultra-fast high temperature sintering UHS) und feldunterstütztes Sintern (Field assisted sintering technlogy/spark plasma sintering FAST/SPS)
• Optimierung der beiden Sintermethoden und Etablierung einer automatisierten Datenerfassung
• Grundlegende Charakterisierung der Mikrostruktur, Phasenzusammensetzung und Leitfähigkeit
• Koordination der Charakterisierung von in Jülich hergestellten Proben bei den Projektpartnern
• Erfassung der Daten mit eLabFTW und Übertrag in die zentrale Datenbank in Kadi4Mat

Das bringen Sie mit

• Erfolgreich abgeschlossenes Hochschulstudium (Master) im Bereich Physik, Maschinenbau, Verfahrenstechnik, Werkstoffwissenschaften oder ähnlichen Fachbereichen
• Grundlegende Kenntnisse protonenleitender Werkstoffe und deren spezifischen Eigenschaften
• Erfahrung im Bereich Synthese und Formgebung von keramischen Werkstoffen über die Pulverroute
• Erfahrung in der Verdichtung der Pulver über feldunterstützte Sintermethoden (FAST/SPS)
• Mikrostrukturcharakterisierung mittels SEM/EDX und Phasenanalyse mittels XRD
• Grundkenntnisse Impedanzspektroskopie
• Experimentelles Geschick und eigenständiges Arbeiten
• Interesse in einer institutsübergreifenden, internationalen Forschergruppe zu arbeiten
• Gute Beherrschung der englischen Sprache in Wort und Schrift
• Ein hohes Maß an Teamfähigkeit und Flexibilität sowie die Bereitschaft zu großem Engagement

Freuen Sie sich auf folgende Benefits

Wir arbeiten an hochaktuellen gesellschaftlich relevanten Themen und bieten Ihnen die Möglichkeit, den Wandel aktiv mitzugestalten! Sie erwartet ein vielseitiges Angebot:

• Team & Umfeld: Sie arbeiten in einem motivierten Team mit internationaler und interdisziplinärer Ausrichtung – an einer der größten Forschungseinrichtungen Europas
• Forschung & Infrastruktur: Für Ihre Arbeit steht Ihnen eine exzellente wissenschaftliche und technische Ausstattung zur Verfügung
• Vernetzung & Austausch: Sie nehmen an (internationalen) Konferenzen und Projekttreffen teil und bauen Ihr wissenschaftliches Netzwerk aktiv aus
• Betreuung & Unterstützung: Auf Ihrem Promotionsweg erhalten Sie eine kontinuierliche und fachlich fundierte Begleitung durch Ihre:n wissenschaftliche:n Betreuer:in
• Work-Life-Balance: Bei uns haben Sie die Möglichkeit zur flexiblen Arbeitszeitgestaltung, die die Vereinbarkeit von Beruf und Privatleben unterstützt. Zudem besteht die Möglichkeit zum (orts-)flexiblen Arbeiten, dieses ist grundsätzlich nach Abstimmung und im Einklang mit den anstehenden Aufgaben und (Vorort-)Terminen gegeben
• Urlaub: Sie erhalten bei uns 30 Tage Urlaub
• Wissen & Weiterbildung: Ihre Weiterentwicklung ist uns wichtig – wir fördern Sie gezielt und individuell, z.B. durch Trainings- und Vernetzungsangebote speziell für Promovierende
• Erfolgreicher Einstieg: Uns ist es wichtig, dass Sie schnell im Team ankommen und strukturiert in Ihre Aufgaben eingearbeitet werden. Zudem begleiten wir Sie von Beginn an und erleichtern Ihnen den Start durch unsere
• Faire Vergütung: Die Vergütung erfolgt analog der Entgeltgruppe 13 (75%) des Tarifvertrags des öffentlichen Dienstes (TVöD-Bund). Zusätzlich zum Grundgehalt gibt es eine zusätzliche tarifliche Sonderzahlung zum Jahresende in Höhe von 75% eines Monatsgehalts. Alle Informationen zum Tarifvertrag des TVöD-Bund finden Sie auf der . Die monatlichen Entgelte in Euro entnehmen Sie bitte dort auf Seite 69 ff. des PDF-Downloads
• Befristung: Die Position ist auf 3 Jahre befristet

Neben spannenden Aufgaben und einem kollegialen Miteinander bieten wir Ihnen noch viel mehr:

Wir freuen uns über Bewerbungen von Menschen mit vielfältigen Hintergründen, z.B. hinsichtlich Alter, Geschlecht, Behinderung, sexueller Orientierung / Identität sowie sozialer, ethnischer und religiöser Herkunft. Ein chancengerechtes, diverses und inklusives Arbeitsumfeld, in dem alle ihre Potentiale verwirklichen können, ist uns wichtig.

Über die folgenden Links erhalten Sie weitere Informationen zu Vielfalt und Chancengerechtigkeit: sowie zur gezielten Förderung von Frauen:

Dienstort: Jülich

Beginn: Zum nächstmöglichen Termin

Gehalt EG 13 (75%) TVöD-Bund

Bewerbungsfrist: Die Stelle wird bis zur erfolgreichen Besetzung veröffentlicht