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Veronika Kovzel

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Herr Dr. Norbert Weber Tel.: +49 351 260 3112,
Herr Dr. Tom Weier Tel.: +49 351 260 2226

Arbeitsort/ Arbeitszeit:
Dresden-Rossendorf
29,25 h/Woche

Bewerbungsschluss:
31. Oktober 2020

Jetzt online bewerben:
deutsch / englisch
Job-Id: 127/2020 (1048)

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Helmholtz-Zentrum
Dresden-Rossendorf
Bautzner Landstraße 400
01328 Dresden

Doktorand (w/m/d): Numerische Simulation von Flüssigmetallbatterien

Das Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR) ist eine Forschungseinrichtung mit ca. 1.200 Mitarbeitenden und Mitglied der Helmholtz-Gemeinschaft Deutscher Forschungszentren. Seine fachübergreifenden wissenschaftlichen Schwerpunkte liegen in den Forschungsbereichen Energie, Gesundheit und Materie. 

Das Institut für Fluiddynamik betreibt Grundlagen- und angewandte Forschungen auf den Gebieten der Thermo- und Fluiddynamik und der Magnetohydrodynamik mit dem Ziel, die Nachhaltigkeit, die Energie-Effizienz und die Sicherheit industrieller Prozesse zu verbessern.

Im Institut, Abteilung Magnetohydrodynamik, ist, vorbehaltlich der Mittelbewilligung, ab 1. Januar 2021 für drei Jahre eine Stelle als Doktorand (m/w/d): Numerische Simulation von Flüssigmetallbatterien zu besetzen.

Kontext

Am HZDR arbeiten Elektrochemiker, Physiker und Ingenieure gemeinsam an der Entwicklung der nächsten Generation stationärer Energiespeicher. Die Abteilung Magnetohydrodynamik hat über 10 Jahre Erfahrung in der Entwicklung von Hochtemperatur-Batterien, und ist weltweit führend in der Strömungsmechanik und dem Stofftransport in Flüssigmetallbatterien.

Im Rahmen des Horizon 2020 Projekts „SOLSTICE“ wird das HZDR ein Konsortium aus 12 europäischen Partnern aus Wissenschaft und Industrie koordinieren, um Na-Zn Batterien zu entwickeln. Besagte Zellen arbeiten bei erhöhten Temperaturen, erreichen extreme Stromdichten bei einer potentiell sehr hohen Lebensdauer und sind einfach recycelbar. Der sehr günstige Preis und die exzellente Verfügbarkeit der Rohstoffe machen Na-Zn Batterien zu einem idealen Kandidaten für großskalige stationäre Speicher.

Die im Projekt zu bearbeitenden Forschungsthemen umfassen u.a. Materialien, Elektrochemie, Recycling, Elektrolyt-Entwicklung, Stofftransport und die Dichtung der Zellen. Das langfristige Ziel ist der Bau und Betrieb von zwei Demonstratoren: einer Mittel-Temperatur-Batterie (300°C) mit Festelektrolyt, und einer komplett flüssigen Hochtemperatur-Batterie (600°C). Das HZDR wird das Projekt koordinieren, und sich mittels Neutronen-Radiographie und numerischer Simulation schwerpunktmäßig dem Stofftransport und der Elektrochemie widmen. Schlussendlich sollen in Dresden zwei Demonstratoren aufgebaut, und getestet werden.

Tätigkeitsbeschreibung

Als erste Arbeitsaufgabe soll der erfolgreiche Kandidat (w/m/d) ein numerisches Modell für Thermalbatterien entwickeln. Aufbauend auf einer Reihe existierender Batterie-Löser soll dieses in der open-source CFD Bibliothek OpenFOAM implementiert werden, und die Elektrochemie, Erstarrung sowie Wärme- und Stofftransport abbilden.

Nach erfolgreicher Validierung sollen verschiedene Batterien modelliert werden, um den Einfluss von Konvektion auf den Betrieb der Zellen zu untersuchen. Diese Arbeiten werden in enger Kooperation mit Partnern in Norwegen und der Schweiz durchgeführt. Ausgezeichnete Kommunikationsfähigkeiten sowie die Bereitschaft zur Arbeit in einer internationalen Umgebung sind daher erforderlich. In der zweiten Projekthälfte sollen die Bildgebungs-Experimente und Batterie-Demonstratoren welche in Dresden gebaut werden, numerisch begleitet werden. Der Fokus liegt auch hier auf dem Verständnis des Zusammenhangs zwischen Elektrochemie und Stofftransport.

Ihr zukünftiges Aufgabengebiet umfasst:

  • Entwicklung eines komplexen numerischen Modells für Thermalbatterien in OpenFOAM inkl. Elektrochemie, Fluiddynamik und Erstarrung
  • Untersuchung des Einflusses verschiedener Strömungsphänomene auf Zellspannung und Selbstentladung
  • Modellierung der Neutronen-Bildgebungs-Zellen
  • enge Zusammenarbeit mit den Partnern in Norwegen und der Schweiz
  • Publikation der Ergebnisse

Ihr Profil:

  • abgeschlossenes Hochschulstudium (Master / Diplom) in Elektrochemie, Maschinenbau, oder einem ähnlichen Studiengang
  • selbstständige, strukturierte und lösungsorientierte Arbeitsweise
  • Motivation zur Arbeit in einem multidisziplinären und internationalen Arbeitsumfeld
  • exzellente Englischkenntnisse
  • Motivation zur Publikation der Ergebnisse

Von Vorteil:

  • Kenntnisse der Elektrochemie
  • Erfahrung in numerischer Simulation, insbesondere der Finiten-Volumen-Methode
  • Erfahrung in C++ und OpenFOAM
  • Kenntnisse der Strömungsmechanik (Wärme- und Stofftransport)

Literatur

  • X. . Lu et al. A novel low-cost sodium-zinc chloride battery. Energy & Environmental Sci. 6 (2013) 1837.
    J. Xu et al. Na-Zn liquid metal battery. J. Power Sources 332 (2016) 274.

Was wir Ihnen bieten:

  • ein spannendes Arbeitsumfeld auf einem attraktiven Forschungscampus

  • hohe wissenschaftliche Vernetzung und wissenschaftliche Exzellenz

  • Vergütung und Sozialleistungen nach dem Tarifvertrag des öffentlichen Dienstes (TVöD-Bund)

  • 30 Urlaubstage pro Jahr

  • betriebliche Altersvorsorge (VBL)

  • Vereinbarkeit von Privatleben und Beruf unterstützen wir mit:

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Ihre vollständigen Bewerbungsunterlagen (Anschreiben, Lebenslauf, Zeugnisse, usw.) reichen Sie bitte ausschließlich über unser Online-Bewerbungsportal ein.

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