Das Projekt "In situ NMR-spektroskopische Untersuchungen zu Mechanismen der Ionenadsorption an nanoporösen Kohlenstoffmodellmaterialien" wird/wurde gefördert durch: Deutsche Forschungsgemeinschaft. Es wird/wurde ausgeführt durch: Technische Universität Dresden, Fakultät Chemie und Lebensmittelchemie, Professur für Bioanalytische Chemie.Nanoporöse Kohlenstoffmaterialien gewinnen aufgrund ihrer ausgezeichneten Materialeigenschaften wie hoher elektrischer Leitfähigkeit, chemischer und thermischer Stabilität sowie vor allem wegen der hohen für Elektrolytmoleküle zugänglichen Oberflächen immer mehr an Bedeutung zur elektrochemischen Energiespeicherung. Zum Verständnis der molekularen Prozesse in Batterie- und Elektrodenmaterialien tragen NMR-spektroskopische Methoden sehr wesentlich bei. Dabei geht es neben der spektroskopischen Charakterisierung der Materialeigenschaften insbesondere um die Untersuchung der Wechselwirkung dieser Materialien mit Elektrolytmolekülen. Dies geschieht inzwischen auch mittels in situ NMR-Spektroskopie an geladenen Elektroden/Superkondensatoren. Im Rahmen des vorliegenden Projektes werden wohldefinierte, idealisierte Modellmaterialien mi typisierten Porengrößenverteilungen und Oberflächenfunktionalisierungen synthetisiert, um charakteristische NMR-Signaturen adsorbierter Ionen zu identifizieren. In Kombination mit innovativen in situ Messtechniken können somit detaillierte mechanische Aussagen über die bei der Elektroadsorption ablaufenden molekularen Prozesse getroffen werden. Die geplanten Untersuchungen umfassen: (i) Die Herstellung und Charakterisierung geeigneter Modellmaterialien mit definiertem Porensystem und gezielt eingebrachter Oberflächenfunktionalität (z. B. Kohlenstoffmaterialien mit mono- oder multimodaler Porenstruktur, mit und ohne polare Oberflächenfunktionalisierung). (ii) Die Festkörper-NMR-spektroskopische Charakterisierung der Wechselwirkungen zwischen der Oberfläche des Elektrodenmaterials und der Elektrolytmoleküle. Diese Untersuchungen erfolgen in An- und Abwesenheit eines elektrischen Feldes, um den Einfluss des Ladungszustandes auf die Elektrolytteilchen zu charakterisieren. (iii) Die Analyse der Porenfüllungsmechanismen (Adsorptionsisothermen) mittels quantitativer Flüssigkeits-NMR-Spektroskopie. Zudem sollen Informationen zur Dynamik und Adsorptionskinetik gewonnen werden. Das Verständnis dieser molekularen Mechanismen wird dazu beitragen, rationale Designprinzipien zur Herstellung verbesserter Elektroden für Superkondensatoren und andere elektrochemische Energiespeicher zu erarbeiten.
Das Projekt "AeroKonti: Entwicklung eines kontinuierlichen Prozesses zur Herstellung von Aerogelen zur Steigerung der Energieeffizienz, Teilvorhaben: Konzeptionierung und Machbarkeitsprüfung eines kontinuierlichen Prozesses zur Herstellung von Aerogelen mittels überkritischer CO2-Extraktion" wird/wurde gefördert durch: Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz. Es wird/wurde ausgeführt durch: Technische Universität Hamburg, Institut für Thermische Verfahrenstechnik V-8.Aerogele sind offenporige Festkörper mit Porengrößen im Bereich von wenigen zehn bis einigen hundert Nanometern, die eine extrem hohe spezifische innere Oberfläche (100 bis 2000 m2/g), sehr niedrige Wärmeleitfähigkeiten, hohe Schallabsorption und hohe Porositäten von bis zu 99% besitzen. Sie leisten bereits heute einen deutlichen Beitrag zur Energieeffizienz verschiedener Prozesse und können als bedeutsamer Wachstumstreiber in den unterschiedlichsten Branchen, insbesondere im Querschnitt zwischen Biotechnologie, Elektromobilität, Luft- und Raumfahrt sowie Materialentwicklung und Produktionstechnologie wirken. Das Ziel des Projekts ist die Entwicklung eines erstmalig kontinuierlichen Prozesses zur Herstellung von Aerogelen mittels überkritischer CO2-Trocknung im Technikumsmaßstab. Bei der Entwicklung des Prozesses sollen für die folgenden einzelnen Prozessschritte - Gelierung, Lösungsmittelaustausch, überkritische Trocknung und Druckentspannung auf Umgebungsdruck - kontinuierliche Verfahren gefunden und deren apparative Realisierung entwickelt werden, um den Material- und Energieeinsatz zur Herstellung von Aerogelen zu reduzieren. Anhand von Ergebnissen aus Vorversuchen soll die Konzeption des Prozesses erfolgen. Hierbei sollen Möglichkeiten zur Prozessintegration, insbesondere zwischen Gelierung, Lösungsmittelaustausch und überkritischer Trocknung erkannt und unterschiedliche Prozessvarianten erstellt und beurteilt werden. Nach der Realisierung der Anlage im Technikumsmaßstab und dem proof-of-concept sollen anhand von Parameteranalysen die Auswirkungen von Prozess- und Betriebsparametern auf die Aerogeleigenschaften und die Prozessstabilität durch die TUHH untersucht werden. Im Folgenden soll durch die TUHH anhand der Versuchsergebnisse und der Modellierung des Prozesses soll eine Optimierung des Energiebedarfs und die Entwicklung von Scale-up Strategien erfolgen.
Das Projekt "AeroKonti: Entwicklung eines kontinuierlichen Prozesses zur Herstellung von Aerogelen zur Steigerung der Energieeffizienz, Teilvorhaben: Analyse und Bewertung eines kontinuierlichen Prozesses zur Herstellung von Aerogelen hinsichtlich des Ressourcen- und Energieeinsatzes" wird/wurde gefördert durch: Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz. Es wird/wurde ausgeführt durch: BASF Polyurethanes GmbH.Aerogele sind offenporige Festkörper mit Porengrößen im Bereich von wenigen zehn bis einigen hundert Nanometern, die eine extrem hohe spezifische innere Oberfläche (100 bis 2000 m2/g), sehr niedrige Wärmeleitfähigkeiten, hohe Schallabsorption und hohe Porositäten von bis zu 99% besitzen. Sie leisten bereits heute einen deutlichen Beitrag zur Energieeffizienz verschiedener Prozesse und können als bedeutsamer Wachstumstreiber in den unterschiedlichsten Branchen, insbesondere im Querschnitt zwischen Biotechnologie, Elektromobilität, Luft- und Raumfahrt sowie Materialentwicklung und Produktionstechnologie wirken. Das Ziel des Projekts ist die Entwicklung eines erstmalig kontinuierlichen Prozesses zur Herstellung von Aerogelen mittels überkritischer CO2-Trocknung im Technikumsmaßstab. Bei der Entwicklung des Prozesses sollen für die folgenden einzelnen Prozessschritte - Gelierung, Lösungsmittelaustausch, überkritische Trocknung und Druckentspannung auf Umgebungsdruck - kontinuierliche Verfahren gefunden und deren apparative Realisierung entwickelt werden, um den Material- und Energieeinsatz zur Herstellung von Aerogelen zu reduzieren. Anhand von Ergebnissen aus Vorversuchen soll die Konzeption des Prozesses erfolgen. Hierbei sollen Möglichkeiten zur Prozessintegration, insbesondere zwischen Gelierung, Lösungsmittelaustausch und überkritischer Trocknung erkannt und unterschiedliche Prozessvarianten erstellt und beurteilt werden. Nach der Realisierung der Anlage im Technikumsmaßstab und dem proof-of-concept sollen anhand von Parameteranalysen die Auswirkungen von Prozess- und Betriebsparametern auf die Aerogeleigenschaften und die Prozessstabilität untersucht werden. Anhand der Versuchsergebnisse und der Modellierung soll die BASF die Bewertung des Prozesses hinsichtlich Energie- und Ressourceneinsatzes, die Prüfung von Aerogelen in verschiedenen Anwendungsfeldern und die Entwicklung von Scale-up Strategien vornehmen.