Ziel dieses Antrags ist die Realisierung einer photoelektrochemischen Tandemzelle (PETZ) mit 2-Kammern im Labormaßstab, die mit Sonnenlicht photokatalytisch Abwässer aufreinigt und simultan Wasserstoff produziert. Dadurch werden sowohl der erneuerbare Energieträger Wasserstoff generiert als auch gleichzeitig hoch akute Umweltprobleme adressiert. An der Justus Liebig Universität Giessen (JLU) werden schichtförmige Metalloxide mittels Sol-Gel-Methoden hergestellt. Anschließend werden sie hinsichtlich ihrer photokatalytischen und photoelektrochemischen Eigenschaften untersucht, wobei die aktivsten Pulver bei H.C. Starck GmbH (HCST) mit optimierter Morphologie im 500g-Maßstab hergestellt werden. An der Leibniz Universität Hannover (LUH) werden die Reaktionsmechanismen der Wasserstoffbildung und des Schadstoffabbaus an den Materialien von JLU und HCST näher untersucht. Die Effizienzwerte sowie die mechanistischen Erkenntnisse werden an JLU und HCST als Grundlage für weitere Optimierungen weitergegeben. Die Helmut Schmidt Universität Hamburg (HSU) verwendet die Pulver von HCST zum Kaltgasspritzen von Elektroden, die an der JLU photoelektrochemisch und an der LUH mechanistisch charakterisiert werden, im Vergleich zu direkt aus den schichtförmigen Materialien hergestellten Photoelektroden. HSU gibt die Ergebnisse auch an Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. (DLR) weiter. DLR erstellt basierend auf den Ergebnissen von HSU, LUH und JLU Entwürfe und Konstruktionen skalierbarer Photoreaktoren. JLU konstruiert eine photoelektrochemische 2-Kammer-Messzelle zur Wasserstofferzeugung bei simultaner Abwasserreinigung im Labormaßstab.
In dem Teilprojekt Reaktorentwicklung werden verschiedene Konzepte für planare Solarreaktoren zur photoelektrochemischen Wasserstofferzeugung entwickelt und bewertet. Das vielversprechendste Design wird ausgearbeitet und mit der Fertigung von Testreaktoren umgesetzt. In diesen werden unterschiedliche Photoelektroden unter Verwendung künstlicher Lichtquellen und Solarstrahlung praxisnah untersucht, wobei der Fokus auf der Leistungsfähigkeit hinsichtlich Wasserstofferzeugung und Reinigung von Modell- und Realabwässern liegt. Im Rahmen der Anwendungsuntersuchungen ist der Einsatz des DLR-Konzentratorteststands SoCRatus (Solar Concentrator with a Rectangular Flat Focus) vorgesehen. Die Experimentalphase wird durch techno-ökonomische Analysen ergänzt und begleitet.
Das Projekt InSOL erforscht das Potential der Kombination zweidimensionaler Nanostrukturen wie Graphen oder MoS2 mit einer neuen Klasse von Halbleitermaterialien für die solare photoelektrochemische (PEC) Wasserstoffproduktion. Das zentrale Ziel des Projekts ist die Identifizierung und Entwicklung neuer Materialsysteme, die sich durch hohe Photoabsorption und einen hohen Wirkungsgrad auszeichnen, dabei aber keine seltenen und teuren Elemente enthalten. Ein weiterer für den industriellen Einsatz unabdingbarer Punkt ist die Untersuchung der Korrosionsbeständigkeit der entwickelten Materialien. Neben den konkreten Forschungszielen soll das Projekt eine langfristige und strategische Zusammenarbeit zwischen Europa und Indien etablieren. Zu den Projektpartnern zählen Experten aus den Gebieten Simulation und Modellierung, Synthese, Systemherstellung sowie Materialcharakterisierung. Im ersten Schritt werden ab-initio Simulationswerkzeuge eingesetzt, um rechnergestützt neue Materialien und Materialkombinationen vorab auf Ihre Tauglichkeit als PEC-Materialien zu überprüfen. Im zweiten Schritt werden vielversprechende Nanostrukturen synthetisiert und hinsichtlich Ihrer PEC-Leistungsfähigkeit untersucht. Im dritten Schritt werden die Kristall- und Grenzflächenstrukturen charakterisiert. Über die Rückkopplung der Ergebnisse der Material- und PEC-Charakterisierung an die Simulation und Synthese soll eine Optimierung der entwickelten Materialien erreicht werden.
Das Gesamtziel des Vorhabens ist die Entwicklung neuer effizienter organischer Farbstoffe, sowie die Entwicklung von modellhaften Verfahren im Labormaßstab zur Herstellung von organischen Photovoltaikmodulen für den Einsatz im Automobil- und Architekturbereich. Die BGT Bischoff Glastechnik AG wird insbesondere Fragestellungen zur Applikationstechnik, sowie zur Anwendungs- und Integrationstechnik bearbeiten. Das Teilvorhaben konzentriert sich auf die Beschichtung von starren Substraten, wie Glas und der Integration von OPV-Modulen in architektonische Bauelemente, wie z.B. Fenster. Der Arbeitsplan des Teilvorhabens umfasst: 1. Prozessentwicklung auf Glas (Reproduktion vorformulierter Halbleitermaterialien im Labormaßstab), 2. Modulstack-Upscaling (Aufskalierung auf größere Formate); 3. Modulstack-Verpackung (Entwicklung geeigneter Verkapselungstechniken); 4. Erarbeitung Applikationsspezifikationen; 5. Entwicklung Integrationstechnologie (Bereitstellung von Prinzipmuster); 6. Anwendungstechnische Untersuchungen (beschleunigte Alterungstest); 7. Integration (Einbau in Fassadenelemente und Fenster).
Ziel des Projektes ist die Entwicklung von edelmetallfreien Katalysatoren für ein effizienzoptimiertes, photo-elektrochemisches Modul zur Erzeugung von Wasserstoff und Sauerstoff mit Hilfe von Sonnenlicht als Energieträger. Hierbei soll ein Systemwirkungsgrad1 von Sonnenlicht zu Wasserstoff von mindestens 10 Prozent erreicht werden. Mit diesem Projekt wird ein wichtiger Beitrag zum Förderschwerpunkt geleistet, da im Erfolgsfall eine Möglichkeit zur regenerativen Erzeugung von Wasserstoff als Energieträger bereitgestellt wird. Darüber hinaus wird die Abhängigkeit von Edelmetallen (z. B. Platin), die für die elektrochemische Herstellung von Wasserstoff derzeit als Katalysator verwendet werden, reduziert, indem diese durch neue Katalysatoren wie Metall(oxid)katalysatoren und auf Kohlenstoff basierenden Materialien substituiert werden. Hiermit kann sowohl die Abhängigkeit von Edelmetallimporten dauerhaft verringert, als auch die internationale Wettbewerbsfähigkeit der deutschen Wirtschaft durch Senkung der Energie- und Materialkosten im Bereich der Wasserstofferzeugung durch erneuerbare Energien verbessert und somit die Umwelt nachhaltig entlastet werden.
Im Projekt sollen neuartige Elektrolyte zur Verwendung in Farbstoffsolarzellen entwickelt werden. Die Elektrolyte gehen deutlich über den Stand der Technik hinaus und tragen wesentlich zur Erreichung der angestrebten Rekordeffizienz von 15Prozent in der Einzelzelle und der Langzeitstabilität bei. Die Elektrolyte werden gezielt auf die im Projekt entwickelten neuartigen Kupfer-Redoxsysteme sowie die Absorbermaterialien abgestimmt. Vielversprechende Elektrolyte werden aufskaliert und den Partnern für Tests in großflächigen Modulen zur Verfügung gestellt. - Entwicklung und Herstellung neuer Kupferkomplexe - Entwicklung und Charakterisierung von neuartigen Elektrolyten (Gen0 - Gen3) in Abstimmung auf den jeweils verwendeten Redoxmediator und Farbstoff - Bestimmung und Interpretation der Zellkinetiken - Aufskalierung des Gen3 Kupferkomplexes und des entsprechenden Elektrolyten - Investition gesamt (Merck): 54 MM Personal.
Ziel des Projektes ist die (Weiter-)Entwicklung und Herstellung von neuartigen organischen Farbstoffen, die einen größeren Teil des Sonnenlichtes vor allem im roten und nahinfraroten Spektralbereich stark absorbieren und gleichzeitig Halbleiter sind. Mit diesen Eigenschaften sind diese Materialien zum Einsatz in der Organischen Photovoltaik, einer neuen und preiswerten Zukunftstechnologie der regenerativen Energieerzeugung mit visionären Anwendungsmöglichkeiten, prädestiniert und sollen zu Organischen Solarzellen mit Wirkungsgraden über 10Prozent führen. Durch die Verwendung solcher synthetisch hergestellten molekularen Materialien wird die Organische Photovoltaik nachhaltig, weil sie unabhängig von verknappenden und teilweise hochgiftigen und deshalb ökologisch nicht vertretbaren Elementen, wie z.B. Cadmium, Tellur, Selen, Indium oder Gallium, die in anorganischen Dünnschichtsolarzellen Einsatz finden, ist. Die nur sehr geringe benötigte Materialmenge und deren energieschonende Herstellung führt zu einer sehr kurzen 'Energie-Rückzahlzeit' bei Organischen Solarzellen und im Gegensatz zu den etablierten Technologien zu einem stark verringertem Ausstoß des Treibhausgases CO2 bei der Herstellung.
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