Das Projekt "Teilprojekt Fraunhofer IPA'" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung durchgeführt. Der Einsatz von Iridium ist bei der PEM Elektrolyse anodenseitig praktisch alternativlos. Allerdings ist Iridium extrem selten (die weltweite jährliche Fördermenge an Gold ist ca. 400 mal größer als die von Iridium). Daher ist es für die benötigte Hochskalierung und Verbreitung der Elektrolysetechnologie zwingend notwendig, den Iridiumeinsatz soweit als möglich zu reduzieren. Galvanisch erzeugte Oberflächen sind für den sparsamen Materialeinsatz prädestiniert. Schichten können sehr dünn bis hin zu nur einzelnen Keimen erzeugt werden, zudem kann die Abscheidung selektiv nur auf den Funktionsflächen erfolgen. Im Projekt sollen drei verschiedene Routen untersucht werden, um den Einsatz von Iridium auf den Anoden zu reduzieren: die Abscheidung dünner Iridiumlegierungsschichten, die direkte Erzeugung von Iridiumoxid und die Herstellung kleinstskaliger Katalysatorpartikel durch Mikrogalvanoformung. Die so am IPA erzeugten Proben werden zur Untersuchung dem LIKAT übergeben.
Das Projekt "ALDELA - Atom Lagen Depositions Labor Anlage zur Herstellung von ultrahocheffizienten Cu(In,Ga)Se2-Zellen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Zentrum für Sonnenenergie- und Wasserstoff-Forschung Baden-Württemberg durchgeführt. Die CIGS-Dünnschichttechnologie weist heute Wirkungsgrade von 22,9% an Zellen und über 17% an Großmodulen auf. Das Potenzial für weitere Verbesserungen ist groß und vielfältige Ansätze zur Wirkungsgradsteigerung sind in der Diskussion. Eine dieser neuartigen Ansätze basiert auf der Passivierung der relevanten Grenzflächen mit der Methode der Atomlagendeposition (Atomic Layer Deposition, ALD). Diese bietet die Möglichkeit, dünne sehr kompakte Schichten mit einer hervorragenden Stufenbedeckung abzuscheiden und auf atomarer Ebene gezielt Einfluss auf die Schicht- und Grenzflächeneigenschaften des Bauelements zu nehmen. Um diese angedachten neuen Konzepte umsetzen zu können, soll im Rahmen dieses Projektes eine ALD-Anlage mit einem Glovebox-System beschafft werden. Neben der Passivierung der Grenzflächen kann diese Methode u.a. auch für eine gezielte Steuerung der Alkali-Diffusion aus dem Glas, eine Anpassung / Optimierung von Puffermaterialien an die neuartige alkali-modifizierte CIGS-Oberfläche, für die Abscheidung von Zwischenschichten oder als Antireflexschicht eingesetzt werden. All dies trägt zur weiteren Verbesserung der Wirkungsgrade bei.
Das Projekt "SP1.1 Dynamische Anreicherungsprozesse von organischer Substanz in der SML" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Helmholtz-Zentrum für Ozeanforschung Kiel (GEOMAR) durchgeführt. Der Oberflächenfilm (SML) ist die oberste dünne Schicht des Ozeans und Teil jeglicher Wechselwirkung zwischen Luft und Meer, wie Gasaustausch, atmosphärische Deposition und Aerosolemission. Die Anreicherung von organischer Materie (OM) in der SML modifiziert die Luft-Meer-Austauschprozesse, aber welche OM-Komponenten selektiv angereichert werden, sowie warum und wann sie dies tun, ist weitgehend unbekannt (Engel et al., 2017). Unsere bisherige Forschung hat gezeigt, dass Biopolymere aus photoautotropher Produktion wichtige Komponenten der SML sind und den Luft-Meer-Austausch beeinflussen, indem sie als Biotenside (Galgani et al., 2016; Engel et al., 2018) und als Quelle primärer organischer Aerosole (Trueblood et al., 2021) wirken. Die Motivation unseres Projektes ist es daher, die dynamischen Anreicherungsprozesse von OM in der SML aufzuklären und zu beschreiben, wobei ein besonderer Schwerpunkt auf der Auflösung der OM-Quellen liegt. Mit unserem Modellierungsansatz ist es das Ziel, unser mechanistisches Verständnis der Zusammenhänge zwischen den Wachstumsbedingungen des Planktons, der Produktion und der Freisetzung von Biomolekülen, einschließlich potentieller Tenside, und der Akkumulation von OM in der SML zu konsolidieren. Eine solche Modellentwicklung wird in hohem Maße von den Ergebnissen und Erkenntnissen der verschiedenen Teilprojekte des BASS-Konsortiums profitieren. Umgekehrt ist es unsere Motivation, ein Modell zu etablieren, das als Synthesewerkzeug für die Interpretation und Integration von Feld-, Mesokosmen- und Labormessungen der OM-Anreicherung in der SML anwendbar wird.Relevanz für die Forschungsgruppe BASS - SP1.1 wird die Quellen, die Menge und die biochemische Zusammensetzung von OM in der SML entschlüsseln und damit wichtige Informationen für alle BASS-Teilprojekte liefern. Der primäre Ursprung von OM im Oberflächenozean ist die photosynthetische Produktion und die wichtigsten biochemischen Komponenten von frisch produzierter OM, d.h. Kohlenhydrate, Aminosäuren und Lipide, unterliegen der mikrobiellen Verarbeitung (SP1.2) und Photoreaktionen innerhalb der SML (SP1.3, SP1.4) und füllen auch den Pool der gelösten organischen Substanz (DOM) auf (SP1.5). Die Modellentwicklung in SP1.1 stellt eine Verbindung zwischen der Produktion von OM und ihrer Anreicherung innerhalb der SML her und zielt darauf ab, die entsprechenden Auswirkungen auf den Luft-Meer-Gasaustausch (SP2.1) zu bestimmen, indem Änderungen des Impulsflusses auf den Ozeanoberflächenschichten (SP2.2) sowie des Auftriebs (SP2.3) berücksichtigt werden. Das vorgeschlagene SML-Submodell wird auf der Grundlage der Ergebnisse aus SP1.4 und SP2.3 verfeinert. Ergebnisse aus den Modellsensitivitätsanalysen werden ergänzende Informationen über oberflächenaktive Eigenschaften verschiedener OM Komponenten und deren Auswirkungen auf Luft-Meer-Austauschprozesse liefern, die innerhalb von BASS ausgewertet werden.
Das Projekt "Teilprojekt 10: Differenzierte Beschichtungsmethoden und Wirksamkeitsüberprüfungen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Fraunhofer-Institut für Chemische Technologie durchgeführt. In dem Vorhaben werden antimikrobiell wirksame Oberflächen entwickelt, die den Einsatz biozider oder chemisch-synthetischer Substanzen vermeiden bzw. minimieren. Das IST entwickelt plasmaunterstützte Magnetronsputterprozesse zur Beschichtung langlebiger Produkte und der Optimierung der Prozessparameter zur Abscheidung hochwirksamer kristalliner TiO2-basierter Dünnschichten auf Glas- und Kunststoffsubstraten. Begleitend hierzu wird eine Messtechnik auf Basis der Fluoreszenzanalyse weiterentwickelt. Das ICT beschäftigt sich mit der Möglichkeit der direkten Ausrüstung von Kunststoffen mit photokatalytischer Aktivität im Bulk - insbesondere zur kostengünstigen Herstellung von kürzerlebigen Produkten - und mit der Beschichtung von Formteilen mit aktiven Schichten im Lackierprozess sowie der Optimierung der Haftung der Schichten auf den verschiedenen Substraten. Das IGB führt mikrobiologische Bewertungen an photokatalytischen Oberflächen durch. Dazu werden bestehende Methoden an die Fragestellung (z.B. verschiedene Oberflächen, unterschiedliche Anwendungen) angepasst. Darüber hinaus wird ein Testsystem entwickelt, das eine ortsauflösende Bewertung ermöglicht.
Das Projekt "HEADLINE - High-power high-load Li-Ionen Zellentwicklung für extrudierte Elektroden" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von SURAGUS GmbH durchgeführt. Im HEADLINE-Gesamtvorhaben werden durch Einsatz neuer, hochleitfähiger Materialien sowohl Kapazität als auch Ratenfähigkeit deutlich verbessert werden und diese speziellen Elektro-den mittels neuartiger, qualitätsgesicherter Extrusionsprozesse hergestellt werden. Im Fokus stehen dabei neue Elektrolytmaterialien in Verbindung mit hochkapazitiven Aktivmaterialien und speziellen Separatoren. Vorrangiges Ziel ist dabei die Lebensdauer und Stabilität der Materialien in Pouch- und Rundzellen zu verbessern und die Nachweise für die Produkteinführung zu erreichen, v.a. durch folgende technologischen Ziele. Der Einsatz neuartiger Elektroden-Extrudat-Materialien führt zu einer Verkürzung des Herstellprozesses. Das Elektroden-Extrudat hat einen signifikant geringeren Anteil an Lösemittel, Wasser und Ethanol. Die sonst erforderlichen und CAPEX-intensiven Ofenanlagen zur Trocknung etwaiger, traditioneller Nassbeschichtungen können hinsichtlich der erforderlichen Heizleistung und Prozess-Dauern verkleinert werden. Die Extrusion von Elektroden-Material als auch die Laminierung des Elektroden-Extrudates auf dem Stromableiter erfordert elektrische Charakterisierungslösungen. Auf Teilvorhaben-Ebene besteht das Ziel in der Entwicklung von Charakterisierungslösungen für die elektroden-herstellende Industrie. Diese Charakterisierungslösungen basieren auf der Hochfrequenz-Wirbelstrom-Technologie. Die Charakterisierung von dünnen, elektrisch leitfähigen Schichten entspricht dem Stand der Technik und wird in einer Vielzahl von Industrien als kontaktloses Verfahren zur Prüfung eingesetzt. Auf Teilvorhabenebene sollen Charakterisierungslösungen für zwei Prozessschritte entwickelt werden, die auf der Hochfrequenz-Wirbelstrom-Impedanz basieren: - Prozessschritt 1: Charakterisierung des Elektrodenmaterial-Extrudates (isolierte Charakterisierung des Aktiv-Materials) - Prozessschritt 2: Charakterisierung des Elektroden-Halbzeuges (Charakterisierung des Elektrodenmaterial auf Kollektor).
Das Projekt "ProFeLi - Produktionstechnik für Festkörperbatterien mit Lithium-Metall-Anode" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von GS GLOVEBOX Systemtechnik GmbH durchgeführt. Die Sicherheit von Lithium-Ionen-Zellen (LIZ) kann durch den Wegfall der brennbaren Elektrolytflüssigkeit in Festkörperbatterien (FKB) massiv verbessert werden. Eine dichte Festelektrolytschicht ermöglicht den Einsatz von Lithium-Metall als Anode, um die Energiedichte gegenüber konventionellen LIZ erheblich zu steigern. Trotz vielversprechender Ergebnisse im Labor gibt es aktuell nur wenige veröffentlichte Arbeiten zur Hochskalierung. Ziel des Projekts ProFeLi ist deshalb eine umfassende produktionstechnische Betrachtung der gesamten Wertschöpfungskette für die Herstellung von FKB. Dabei sollen anodenseitig die Herstellung und Verarbeitung von dünnen Lithium-Metall-Schichten und Schutzschichten vorangetrieben werden, wohingegen für Kathoden und Festelektrolyte die Untersuchung von Mehrschichtsystemen im Vordergrund steht. Hierbei soll insbesondere untersucht werden, welche Atmosphäre (Trockenheit, Schutzgas) für die Verarbeitung der neuartigen Materialien notwendig ist. Des Weiteren sollen Stapel- und Gehäusekonzepte für FKB entwickelt werden, wobei die Volumenausdehnung der Aktivmaterialien während des Lade- und Entladevorgangs eine große Rolle spielt und simulationsgestützt berücksichtigt werden soll. Um ein bipolares Zellstapeldesign zu ermöglichen, werden geeignete Stromableiterfolien entwickelt, die sowohl gegenüber dem Anoden- als auch dem Kathodenpotential stabil sind. Finales Ziel des Projektes ist der Aufbau eines Funktionsdemonstrators zur Herstellung von FKB. Hierzu wird die notwendige Anlagentechnik zur Zellassemblierung entwickelt und aufgebaut, anschließend werden FKB hergestellt und anhand automobiler Anforderungen getestet.
Das Projekt "Fluorfreie Membran-Elektroden-Einheiten (MEA) für PEM-Brennstoffzellen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Robert Bosch GmbH durchgeführt. Mit den im Labor der Verbundpartner hergestellten fluorfreien Membranen werden bei BOSCH CCMs hergestellt, indem der Standard-Prozess zur CCM-Herstellung abgewandelt wird. Dünne Ionomer-Schichten werden dazu mittels Sprühverfahren auf die fluorfreie Membran zur besseren Haftvermittlung und Protonenleitung aufgetragen. Anschließend erfolgt der Übertrag der vorher durch Beschichtung hergestellten Kathode und Anode im Rahmen des bereits bei BOSCH etablierten Decal-Prozesses. Parameter zur Lamination (Druck, Temperatur) werden hinsichtlich eines 100%igen Übertrags von Kathode und Anode auf die Membran optimiert. Die CCM wird dann mit GDLs von beiden Seiten versehen und in einer Testzelle zur elektrochemischen Vermessung verbaut. Die UI-Kennlinien bei Standardbedingungen und harschen Bedingungen geben Aufschluss über die Performance der CCMs. Post-mortem-Analysen werden durchgeführt, um die Wirkmechanismen der alternativen Prozessführung und der eingesetzten Materialien zu evaluieren. Diese Erkenntnisse führen zur Optimierung der Materialien und der Prozesstechnologie .
Das Projekt "ProFeLi - Produktionstechnik für Festkörperbatterien mit Lithium-Metall-Anode" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von J. Schmalz GmbH durchgeführt. Ziel des Projekts ProFeLi ist eine umfassende produktionstechnische Betrachtung der gesamten Wertschöpfungskette für die Herstellung von FKB. Dabei sollen anodenseitig die Herstellung und Verarbeitung von dünnen Lithium-Metall-Schichten und Schutzschichten vorangetrieben werden, wohingegen für Kathoden und Festelektrolyte die Untersuchung von Mehrschichtsystemen im Vordergrund steht. Hierbei soll insbesondere untersucht werden, welche Atmosphäre (Trockenheit, Schutzgas) für die Verarbeitung der neuartigen Materialien notwendig ist. Des Weiteren sollen Stapel- und Gehäusekonzepte für FKB entwickelt werden, wobei die Volumenausdehnung der Aktivmaterialien während des Lade- und Entladevorgangs eine große Rolle spielt und simulationsgestützt berücksichtigt werden soll. Um ein bipolares Zellstapeldesign zu ermöglichen, werden geeignete Stromableiterfolien entwickelt, die sowohl gegenüber dem Anoden- als auch dem Kathodenpotential stabil sind. Finales Ziel des Projektes ist der Aufbau eines Funktionsdemonstrators zur Herstellung von FKB. Hierzu wird die notwendige Anlagentechnik zur Zellassemblierung entwickelt und aufgebaut, anschließend werden FKB hergestellt und anhand automobiler Anforderungen getestet.
Das Projekt "ProFeLi - Produktionstechnik für Festkörperbatterien mit Lithium-Metall-Anode" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von ZwickRoell GmbH & Co. KG durchgeführt. Ziel des Projekts ProFeLi ist eine umfassende produktionstechnische Betrachtung der gesamten Wertschöpfungskette für die Herstellung von FKB. Dabei sollen anodenseitig die Herstellung und Verarbeitung von dünnen Lithium-Metall-Schichten und Schutzschichten vorangetrieben werden, wohingegen für Kathoden und Festelektrolyte die Untersuchung von Mehrschichtsystemen im Vordergrund steht. Hierbei soll insbesondere untersucht werden, welche Atmosphäre (Trockenheit, Schutzgas) für die Verarbeitung der neuartigen Materialien notwendig ist. Des Weiteren sollen Stapel- und Gehäusekonzepte für FKB entwickelt werden, wobei die Volumenausdehnung der Aktivmaterialien während des Lade- und Entladevorgangs eine große Rolle spielt und simulationsgestützt berücksichtigt werden soll. Um ein bipolares Zellstapeldesign zu ermöglichen, werden geeignete Stromableiterfolien entwickelt, die sowohl gegenüber dem Anoden- als auch dem Kathodenpotential stabil sind. Finales Ziel des Projektes ist der Aufbau eines Funktionsdemonstrators zur Herstellung von FKB. Hierzu wird die notwendige Anlagentechnik zur Zellassemblierung entwickelt und aufgebaut, anschließend werden FKB hergestellt und anhand automobiler Anforderungen getestet.
Das Projekt "ProFeLi - Produktionstechnik für Festkörperbatterien mit Lithium-Metall-Anode" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Brückner Maschinenbau GmbH durchgeführt. Ziel des Projekts ProFeLi ist eine umfassende produktionstechnische Betrachtung der gesamten Wertschöpfungskette für die Herstellung von FKB. Dabei sollen anodenseitig die Herstellung und Verarbeitung von dünnen Lithium-Metall-Schichten und Schutzschichten vorangetrieben werden, wohingegen für Kathoden und Festelektrolyte die Untersuchung von Mehrschichtsystemen im Vordergrund steht. Hierbei soll insbesondere untersucht werden, welche Atmosphäre (Trockenheit, Schutzgas) für die Verarbeitung der neuartigen Materialien notwendig ist. Des Weiteren sollen Stapel- und Gehäusekonzepte für FKB entwickelt werden, wobei die Volumenausdehnung der Aktivmaterialien während des Lade- und Entladevorgangs eine große Rolle spielt und simulationsgestützt berücksichtigt werden soll. Um ein bipolares Zellstapeldesign zu ermöglichen, werden geeignete Stromableiterfolien entwickelt, die sowohl gegenüber dem Anoden- als auch dem Kathodenpotential stabil sind. Finales Ziel des Projektes ist der Aufbau eines Funktionsdemonstrators zur Herstellung von FKB. Hierzu wird die notwendige Anlagentechnik zur Zellassemblierung entwickelt und aufgebaut, anschließend werden FKB hergestellt und anhand automobiler Anforderungen getestet.
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