Die Präparation intermetallischer Phasen bei niedrigen Temperaturen bleibt eine herausfordernde Aufgabe. In den vergangenen Jahren wurden Redoxreaktionen an reaktiven intermetallischen Präkursoren zu einer vielseitigen Methode, insbesondere für die Herstellung metastabiler intermetallischer Verbindungen, entwickelt. Bisher wurden solche Reaktionen hauptsächlich als Gas-Fest-Reaktionen geführt. Andererseits sind Redoxreaktionen gelöster Cluster-Spezies in Ammoniak oder organischen Aminen bekannt, die Zugang zu neuen Metalloid-Spezies, z. B. zu Clusterpolymeren, bieten. In den meisten Fällen werden hier allerdings Produkte erhalten, die Lösungsmittelmoleküle oder Komplex-Kationen enthalten. In dieser Hinsicht könnten Redoxreaktionen in der Lösung einer ionischen Flüssigkeit einen alternativen Zugang zu neuen rein intermetallischen Phasen bieten. In bisherigen Versuchen, dies zu realisieren, liefen jedoch die Redoxreaktionen aufgrund der zu hohen Reaktivität der eingesetzten Ionischen Flüssigkeiten gegenüber empfindlichen Präkursoren wie den Zintl-Phasen sehr schnell und schwer kontrollierbar sowie vornehmlich heterogen ab, so dass vor allem amorphe Produkte erhalten wurden. Dieses Projekt hat einerseits das Ziel, inerte Ionische Flüssigkeiten zu entwickeln, die sich dazu eignen, intermetallische Phasen mit Zintl-Anionen bei niedriger Temperatur aufzulösen und damit möglich werdende systematische Untersuchungen kontrollierter homogener Redoxreaktionen zu neuen metastabilen intermetallischen Phasen durch gezielte Zugabe geeigneter Oxidationsmittel durchzuführen. Die Anwendbarkeit derartiger Redoxreaktionen auf salzartige Carbide soll ebenso untersucht werden. Dies verspricht Zugang zu neuen Carbiden oder sogar zu Kohlenstoffmodifikationen mit polymeren Strukturmotiven. Andererseits sollen topotaktische Redoxreaktionen geeigneter Präkursoren in gezielt hergestellten Ionischen Flüssigkeiten durchgeführt werden, deren Reaktivität und Lösungsvermögen für Produktspezies eine vollständige Umsetzung des Präkursors erlauben. Dies verspricht Zugang zu technisch interessanten, auf andere Weise jedoch schwierig erhältlichen Produkten wie graphen-analogen Siliciumschichten. Für die Untersuchungen im Rahmen dieses Projektes werden sogenannte TAAILs (Tunable Alkyl-Aryl Ionic Liquids) gezielt hergestellt, deren Imidazolium-Kationen funktionalisierte Phenylsubstituenten zur Einstellung elektronischer Eigenschaften und somit der Reaktivität als Protonenquelle tragen. Die Alkyl-Seitenketten sollen anionische Gruppen oder Polyether-Reste besitzen, die eine Erhöhung der Löslichkeit von Salzen oder salzartigen Verbindungen durch Komplexierung von Kationen ermöglichen. Die protische Aktivität solcher Ionischen Flüssigkeiten wird weiterhin durch den selektiven Austausch von Wasserstoffen an den Kohlenstoffatomen des Imidazol-Kerns gegen inerte Aryl-Substituenten eingestellt.
Entwicklung eines leistungselektronischen Umrichters mit 250 kW mit SiC-Halbleitern zur Anbindung einer Hochleistungs-/energiebatterie an das Verteilnetz. Für die Entwicklung werden Vorserienmuster von 3,3-kV-SiC-MOSFETs genutzt. Mit diesen Bauelementen sollen SiC-Leistungsmodule zu 150 - 300 A entwickelt werden. Erst die Entwicklung von niederinduktiven HV-SiC-Halbleitermodulen schafft die Grundlage für die Entwicklung von Mittelspannungsumrichtern hoher Leistung. In einem 3,3-kV-Netz ergeben sich hierbei Umrichterleistungen von 250 - 1.000 kVA. Über die Mittelspannungsebene wird der Hochleistungsspeicher eingebunden, der dann in das 110-kV-Netz gekoppelt wird. Hochleistungsspeicher ermöglichen den kurzzeitigen Inselbetrieb von Industrieanlagen und sichern somit kostenkritische Produktionsprozesse bei Netzausfällen. Weiter ermöglichen mehrere Hochleistungsspeicher im Verbund des 110-kV-Netzes den Wiederaufbau des Netzes und das Anfahren von Kraftwerken. Damit können Hochleistungsspeicher neben den klassischen Pumpspeicherseen eine weitere strategisch wichtige Säule zur Schwarzstartfähigkeit der Energieversorgung bilden. Durch die Verbundpartner dieses Vorhabens ist die gesamte wirtschaftliche Wertschöpfungskette vom Komponentenhersteller, Leistungselektronikhersteller, Systemintegrator und Netzbetreiber dargestellt. Die Forschungsaspekte zu Bauelementen, Leistungselektronik, System- und Regelungstechnik werden durch das Fraunhofer ISE flankiert. Semikron wird die Entwicklung der niederinduktiven HV-SiC-Halbleitermodule durchführen. Die Entwicklung der induktiven Leistungsbauelemente und die Durchführung damit verbundener Studien werden von STS übernommen.
Hochleistungsspeicher ermöglichen den kurzzeitigen Inselbetrieb von Industrieanlagen und sichern somit kostenkritische Produktionsprozesse bei Netzausfällen. Ziel des Vorhabens ist die Entwicklung eines leistungselektronischen Umrichters mit 250 kW mit SiC-Halbleitern zur Anbindung einer Hochleistungsenergiebatterie an das Verteilnetz. Innerhalb des Vorhabens 'SiC-MSBat' werden neue leistungselektronische Konzepte basierend auf innovativen Halbleitertechnologien entwickelt, die die Systemkosten senken und damit eine schnellere, unkomplizierte und effiziente Integration von Speichern in Mittelspannungsnetze ermöglichen. Für die Entwicklung werden Vorserienmuster von 3,3 kV SiC MOSFETs und Dioden verwendet. Das Ziel im Teilvorhaben ist damit zuverlässige Leistungselektronikmodule zu konzipieren, die durch ihre Eigenschaften ein gutes Skalierungspotentialbieten. Dabei liegt ein besonderer Fokus auf hohen Schaltfrequenzen die besondere Herausforderungen mit sich bringen. So muss das Layout der Modulschaltung zu niedrigen Induktivitäten hin optimiert werden, um Schaltverluste zu reduzieren und hohe Überspannungen zu vermeiden.
Hochleistungsspeicher ermöglichen den kurzzeitigen Inselbetrieb von Industrieanlagen und sichern somit kostenkritische Produktionsprozesse bei Netzausfällen. Weiter ermöglichen mehrere Hochleistungsspeicher im Verbund des 110-kV-Netzes den Wiederaufbau des Netzes und das Anfahren von Kraftwerken. Damit können Hochleistungsspeicher neben den klassischen Pumpspeicherseen eine weitere strategisch wichtige Säule zur Schwarzstartfähigkeit der Energieversorgung bilden. Ziel des Vorhabens ist die Entwicklung eines leistungselektronischen Umrichters mit 250 kW mit SiC-Halbleitern zur Anbindung einer Hochleistungsenergiebatterie an das Verteilnetz. Im Teilprojekt STS sollen Lösungen für induktive Leistungsbauelemente für solche Umrichter erarbeitet werden. Dabei bestehen heute substanzielle Defizite im Verständnis elementarer Zusammenhänge bei der Dimensionierung und dem Betrieb solcher Bauteile. Die Aufklärung entsprechender Wirkgefüge und deren Verallgemeinerung und Abbildung in mathematische Modelle ist daher wesentlicher Bestandteil des Teil-Projekts, bevor konkrete technische Entwicklungen erfolgen. Auch neue Kühlkonzepte sind zu erarbeiten. Begonnen wird mit konzeptionellen Aspekten, wie Verfügbarkeitsanalysen oder allgemeine Simulationen. Darauf aufbauend erfolgen detaillierte Parameteranalysen und die Entwicklung neuer mathematischer Modelle für induktive Bauelemente. Entsprechend des Arbeitsfortschritts bei der Modellbildung erfolgt die Entwicklung und Charakterisierung von Mittelspannungsdrosseln. Die Inbetriebnahme und der Test des Demonstrators werden durch Teilentladungsmessungen unterstützt. Aus den Testläufen werden zudem Erkenntnisse abgeleitet, die in eine kontinuierliche Verifizierung der Simulationsmodelle und eine Optimierung der Drosseln einfließen.
Das konkrete Ziel des Vorhabens ist die Entwicklung voll funktionsfähiger, praxistauglicher, optimierter Systemlösungen für vollständige PV-Großkraftwerke, die alle vom jeweiligen Netz gestellten Anforderungen zuverlässig und vor allem auch kostengünstig erfüllen. Dies beinhaltet insbesondere angepasste Komponenten (insb. Wechselrichter), den Einsatz zusätzlicher Systembausteine (wie z.B. Energiespeichereinheiten), neuartige Steuerungs- und Regelungssysteme und Auslegungsverfahren sowie den wissenschaftlichen Nachweis der Funktionalität, Zuverlässigkeit und Wirtschaftlichkeit im Betrieb ebenso wie neuartige Halbleiter-Bauelemente auf der Basis von Siliziumkarbid (SiC) für eine neue Generation PV bezogener Leistungselektroniklösungen.
Das ParSiWal-II Vorhaben beschäftigt sich mit der Bestimmung des kritischen Einfangverhaltens von Si3N4-Partikeln bei der gerichteten Erstarrung von kristallinem Silizium für die Anwendung in der Photovoltaik. Das wissenschaftlich-technische Ziel dieses Vorhabens ist die Vorbereitung, Durchführung und Auswertung des ParSiWal-II-Experimentes für die TEXUS52 Mission 2015. Dabei soll der im Rahmen des ParSiWal-I Vorhabens erarbeitete Parameterraum zur kritischen Einfanggeschwindigkeit in Abhängigkeit der Partikelgröße und der Kristallisationsgeschwindigkeit für SiC-Partikel auf Si3N4-Partikel übertragen werden. Es wird vorgeschlagen, unter Mikrogravitationsbedingungen während der TEXUS52 Mission ein Experiment zur gerichteten Erstarrung von Silizium mit Si3N4-Partikelzugabe durchzuführen, um experimentelle Daten zum Einbau von Fremdpartikeln bei der Siliziumkristallisation unter Mikro g-Bedingungen zu gewinnen. Si3N4-Partikel werden während dem eigentlichen industriellen Kristallisationsvorgang von gerichtet erstarrtem Solarsilizium in der Schmelze gebildet. Im Rahmen der Arbeiten des ParSiWal-II Vorhabens wird untersucht, welchen Einfluss der Partikelhabitus und das Benetzungsverhalten der Partikel auf deren Einbauverhalten bei unterschiedlichen Kristallisationsgeschwindigkeiten haben. Eine detaillierte Untersuchung des Einbauverhaltens dieser Partikel und eine Bestimmung der kritischen Einfanggeschwindigkeit unter Mikrogravitationsbedingungen sind notwendig, um Schwerkraft getriebene Effekte während der Kristallisation auszuschließen. Dadurch sollte es gelingen Wege aufzuzeigen, wie diese Partikel möglichst vor der sich bewegenden Phasengrenze hergeschoben werden können. Das Projekt teilt sich auf in die Arbeitspakete AP1000 notwendige terrestrische Voruntersuchungen, AP2000 Vorbereitung, Durchführung und Auswertung von TEXUS 52 und AP3000 Bestimmung des Einfangverhaltens von Si3N4-Partikeln.
Das Teilprojekts der Jenoptik Katasorb GmbH (im Weiteren als Katasorb) liegt in der Erforschung und Optimierung katalytischer Systeme von der Herstellung der Primärpartikel, der Neuentwicklung einer Technik zur Beschichtung von Mischmetalloxiden in Hinsicht auf die Porenstruktur, Temperaturbeständigkeit, Vergiftungsresistenz und der mechanischen Festigkeit. Diese Systeme sollen deswegen auf Mischmetalloxiden basieren, da diese nach dem derzeitigen Wissensstand ähnliche oder höhere Aktivitäten besitzen im Vergleich zu Edelmetallkatalysatoren. Um Mischmetalloxidkatalysatoren in großtechnischen Anlagen einsetzen zu können muss eine Fixierung der katalytisch aktiven Pulver auf einem Träger erfolgen. Als Träger werden Monolithen aus Cordierit oder SiC/Al2O3 eingesetzt. Die Wirksamkeit des Katalysators kommt dann richtig zum Tragen, wenn dieser optimal verfahrenstechnisch auf den jeweiligen Prozess angepasst wird. Dies soll auf Basis von Strömungssimulationen erfolgen. Die so generierten Daten sollen konstruktiv in einem Forschungsmuster umgesetzt und an einem Fallbeispiel bei Glatt Ingenieurtechnik in einem Teillaststrom untersucht werden. Die Schwerpunkte des Teilprojektes von Katasorb sind folgendermaßen gegliedert: AP 1 Rohstoffauswahl und Pulveraufbereitung von MMO-Materialien AP 2 Entwicklung neuartiger geträgerter Abgaskatalysatoren variierender Porencharakteristik AP 3 Charakterisierung hergestellter Abgaskatalysatoren AP 4 Erforschung des Reaktionsverhaltens ausgewählter geträgerter Abgaskatalysatoren.
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| Bund | 99 |
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| Förderprogramm | 99 |
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