Två doktorander till projekt om polymerelektrolytbränsleceller

KTH svarar för en tredjedel av Sveriges kapacitet av teknisk forskning och ingenjörsutbildning på högskolenivå. Utbildningen och forskningen täcker ett brett område – från naturvetenskap till alla grenar inom tekniken samt arkitektur, industriell ekonomi och samhällsplanering. Totalt finns vid KTH mer än 12600 studenter på grundnivå och avancerad nivå och över 1800 forskarstuderande. KTH har nästan 4800 anställda.

Skolan för Kemivetenskap omfattar områdena Kemi, Kemiteknik samt Fiber- och polymerteknologi. Skolans verksamhet innefattar såväl grund- som tillämpad kemivetenskaplig forskning för en hållbar utveckling genom vetenskaplig excellens. Många forskningsaktiviteter är tvärdisciplinära och spänner från kemivetenskap till materialvetenskap, energiteknik, miljövetenskap, biokemi, biologi och medicin. Skolan ansvarar för civilingenjörsutbildningen i teknisk kemi, högskoleingenjörsutbildningen i Kemiteknik och tekniskt basår samt för tre engelskspråkiga mastersprogram, Kemiteknik för energi och miljö, Makromolekylära material och Molekylär vetenskap och teknik. Vi medverkar även med kurser i civilingenjörsprogrammen Energi och miljö, Materialdesign och Bioteknik.

Detta projekt ingår i ett större nationellt samarbete mellan forskargrupper vid Tillämpad Elektrokemi och Tillämpad Fysikalisk Kemi på KTH, Centrum för Analys och Syntes vid LU, Teknisk Ytkemi och Kondenserade Materiens Fysik på Chalmers samt industripartners, däribland fordonsindustri (AB Volvo, Volvo Cars, Scania), bränslecellskomponent- och stacktillverkare (Sandvik, Cellimpact, PowerCell, myFC), tjänsteföretag (Intertek, Grontmij) och intresse-organisationer (Vätgas Sverige).

Placering: Avd. Tillämpad elektrokemi, Skolan för kemivetenskap
Kontakt: Prof. Göran Lindbergh

ARBETSUPPGIFTER
Ämnesbeskrivning
Polymerelektrolytbränslecellen (PEMFC) är den absolut dominerande bränslecellstekniken när det gäller fordon och den enda som i dagsläget kan användas till framdrift. En introduktion av PEM-bränsleceller i fordon kräver en integration av komponenter, stackar och system. I den enskilda cellen måste den polymera elektrolyten, elektroderna och bipolära plattor optimeras för de speciella driftbetingelser de ska arbeta i.

Det huvudsakliga målet för forskning och utveckling på bränslecellssystem är att sänka kostnaderna och öka livslängden vid drift. För att minska kostnaden fokuseras mycket av forskningen på att minska platinamängden i PEMFC genom att optimera platinans katalytiska aktivitet i elektroderna. Ett annat tillvägagångssätt är att istället att använda helt ädelmetalfria katalysatorer. I detta projekt kommer elektroder baserade på olika katalysatorer för både luft- och vätgaselektroden att undersökas.

I dagens PEMFC är PFSA-membran av typen Nafion helt dominerande. Dessa är dock både dyra, saknar värmetålighet och tillverkas på ett ur miljösynpunkt tveksamt sätt. Alternativa membran baserade på aromatiska polymerer har potentiellt mer attraktiva egenskaper för både PEMFC och AMFC (alkaline membrane fuel cell) än dagens kommersiella PFSA-membran när det gäller transportegenskaper och stabilitet. I detta projekt kommer egenskaperna hos dessa två membrantyper att studeras.

Interaktionen mellan elektrod och bipolär platta har en stor inverkan på bränslecellsstackens totala prestanda. Idag är rostfria stål förstahandsval när det gäller material i de bipolära plattorna. För att erhålla önskad livslängd och få ner kontaktresistanser, används idag olika former av ytbeläggningar. Tidigare studier har visat att in situ-mätningar av elektronledningsförmågan är nödvändiga för att få en rättvis bild av plattans egenskaper vid drift. I det här projektet är den bipolära plattans egenskaper vid extrema driftbetingelser av speciellt intresse, samt de speciella krav som nya membran med exempelvis en alkalisk driftmiljö ställer.

KVALIFIKATIONER
Lämplig bakgrund för denna tjänst är civilingenjörsexamen inom teknisk fysik, kemiteknik eller motsvarande. Projektet är delvis multi-disciplinärt och en bred teknisk bakgrund är en merit. Vidare är det också meriterande att kunna uttrycka sig väl på svenska och engelska i tal och skrift.
Vi söker kandidater som är motiverade för vetenskaplig forskning, som har väl utvecklad analytisk och problemslösningsförmåga och som också har ett genuint intresse och nyfikenhet för multi-disciplinära problem i kontexten energisnål och hållbar samhällsutveckling.
KTH har höga ambitioner när det gäller mångsidig kompetensförsörjning och välkomnar därför sökande som kompletterar vårt lärosäte med avseende på jämställdhet.

Doktorandprojekten
De två doktorandprojekten handlar om att undersöka katalysatorer, nya membrantyper för såväl sura som alkaliska miljöer, samt bipolära plattor med olika former av ytbeläggningar. Elektrokemisk utvärdering av de olika materialen kommer att göras på KTH i små bränsleceller där driftförhållandena kan varieras inom breda områden och därigenom också simulera förhållandena i olika delar av en stack. Kompletterande analysmetoder, såsom NMR och mass-spektrometri, kommer att användas för studier av t ex vatten- och jontransport genom membran och elektroder.