Master theses / Diploma theses / Research Assistant

Der vermehrte Ausbau erneuerbarer Energien in Deutschland erfordert mit zunehmender Wichtigkeit die Integration effizienter stationärer Netzspeicher, da Solar- und Windenergie wetterbedingt stark fluktuieren. Adäquate Netzspeicher sollten in der Lage sein, möglichst kostengünstig überschüssige Energie punktuell zu speichern und nach Bedarf wieder in das Stromnetz zu speisen. Ein vielversprechender Kandidat für diese Anforderungen sind Flüssigmetallbatterien. Flüssigmetallbatterien bestehen aus zwei flüssigen Metallen (z. B. Na, Bi), welche durch einen ebenso flüssigen Elektrolyten (z. B. NaCl) getrennt sind. Alle drei Phasen schwimmen übereinander. Beim Entladen gibt das Na ein Elektron ab, wandert als Ion durch den Elektrolyten und legiert mit dem unteren Metall zu NaBi.
Um Flüssigmetallbatterien kostengünstig betreiben zu können, müssen sie möglichst groß gebaut werden. Dadurch werden sie jedoch anfällig für diverse Strömungsinstabilitäten wie thermischer Konvektion oder Elektrowirbelströmungen, welche den sicheren Batteriebetrieb gefährden und im schlimmsten Fall zum Aufreißen des Elektrolyten (Kurzschluss) führen können.
Als besonders signifikant haben sich in den letzten Jahren Grenzflächeninstabilitäten in den Elektrolyt-Metall Grenzflächen herauskristallisiert, welche von elektromagnetischen Wechselwirkungen in der Batterie getrieben werden. Dieses Phänomen ist weitläufig bekannt aus Aluminium-Reduktionszellen, welche aus zwei flüssigen Phasen (Kryolith und Aluminium) bestehen. In Flüssigmetallbatterien sind jedoch zwei Grenzflächen (drei Phasen) vorhanden, welche stark gekoppelt sein können und dann miteinander wechselwirken. Diese Wechselwirkungen können schließlich weitreichenden Einfluss auf die Systemstabilität haben.
Im Rahmen dieser Master- oder Diplomarbeit soll speziell diese hydrodynamische Wechselwirkung gekoppelter Grenzflächenwellen experimentell, unter Verwendung eines rein mechanischen Batteriemodells, untersucht werden.
Ein experimenteller Aufbau ist bereits vorhanden, bestehend aus einem optisch zugänglichen Plexiglaszylinder, der mit drei nicht mischbaren Flüssigkeiten befüllt wird, um ein stabiles drei-Schicht-System auszubilden. Unter Verwendung eines Schütteltischs (siehe Abbildung), welcher kontrollierbare Kreisbewegungen ausführt, können eben jene Grenzflächenwellen angeregt werden, die auch in Flüssigmetallbatterien entstehen. Ultrasonic Doppler Velocimetry (UDV) Sensoren wurden integriert und dienen zur präzisen Vermessung von Auslenkung und Geschwindigkeit beider Grenzflächen.
Konkret beinhaltet diese Arbeit folgende Aufgaben:

• Vermessung der Amplitudenverhältnisse, Kreisfrequenzen sowie Abklingraten der gekoppelten Grenzflächenwellen mittels UDV in Abhängigkeit diverser Systemparameter
• Entwicklung von Auswertungsverfahren zur verbesserten Rekonstruktion der Grenzflächenwellen
• Weiterentwicklung des Experiments

• Studium im Bereich Physik, Maschinenbau, Verfahrenstechnik oder ähnlicher fachlicher Ausrichtung
• Experimentelles Geschick und Spaß am experimentellen Arbeiten
• Erste Erfahrungen mit gängigen Programmiersprachen wie Python, Matlab o. ä.
• Idealerweise Vorkenntnisse der Ultrasonic Doppler Velocimetry
• Kenntnisse der Strömungsmechanik oder im Speziellen der Wellentheorie von Vorteil

Beginn: ab sofort
Dauer: >= 6 Monate

• Gute Betreuung von der Einarbeitung bis hin zur Verfassung der Abschlussarbeit
• Vergütung
• Angenehmes kollegiales Umfeld