Buntfuß-Sturmschwalben Oceanites oceanicus sind die kleinsten endothermen Tiere, die in der Antarktis brüten. Durch ihre geringe Körpergröße und die daher eingeschränkte Möglichkeit Energie zu speichern, brauchen Buntfuß-Sturmschwalben effiziente Strategien um mit vorhersehbaren aber auch mit unvorhersehbaren Perioden von Futterknappheit zurechtzukommen. Sowohl während einer Brutsaison als auch zwischen verschiedenen Brutsaisons wurden für diese Art starke Schwankungen der Futterverfügbarkeit beobachtet. In der geplanten Studie werden wir untersuchen wie junge Buntfuß-Sturmschwalben durch Heterothermie als physiologische Strategie ihren Energieumsatz optimieren und wie Torpor als Überlebensstrategie während unvorhergesehener Futterknappheit genutzt werden kann. Wir werden untersuchen, welchen Einfluss der Ernährungszustand auf Körpertemperatur und die Energieumsatz im Ruhezustand (Ruheumsatz) hat und ob diese mit der Außentemperatur zusammenhängen. Als Anpassung an vorhersehbare Unterschiede der Futterverfügbarkeit werden wir den Tagesrhythmus der Körpertemperatur und der Ruheumsatz untersuchen. Wir werden testen, ob Buntfuß-Sturmschwalben ihre Körpertemperatur und ihren Ruheumsatz während dem Tag, wenn die adulten Vögel nicht zum Füttern kommen können, strategisch herunterfahren. Außerdem werden wir die Gründe und Folgen individueller Unterschiede im heterothermischen Verhalten der Nestlinge untersuchen. Wir erwarten, dass Körperfunktionen wie Wachstum oder die Investition in das Immunsystem mit sinkender Körpertemperatur eingeschränkt werden und dass Küken, die weniger häufig von ihren Eltern gefüttert werden, häufiger Torpor nutzen. Somit könnte Heterothermie bei Küken der Sturmschwalben durch einen Trade-off zwischen verringerten Energiekosten und der Investition in Körperfunktionen, die schlussendlich die Überlebenschancen bis zur Brutzeit bestimmen, Auswirkungen auf ihre biologische Fitness haben. Als Anpassung an vorhersehbare Unterschiede in der Futterverfügbarkeit, werden wir die Heterothermie der Küken während Unwetterperioden, wie zum Beispiel während Schneestürmen, untersuchen. Schneestürme werden nach Vorhersagen der Klimamodelle in der Region in Zukunft häufiger auftreten und in dieser Zeit sind die Eingänge der Bruthöhlen häufig blockiert. Diese Studie hat daher Auswirkungen auf die Anpassungsfähigkeit der Art an den Klimawandel, sowohl im Zusammenhang mit der verringerten Futterverfügbarkeit, die vor allem durch die Abnahme des Antarktischen Krills hervorgerufen wird, als auch durch ein vermehrtes Auftreten von Schneestürmen.
Die Vanadium-Redox-Flow-Batterie (VRFB) ist eine vielversprechende Technologie, um Speicherkapazität für eine Stundenreserve günstig bereitzustellen. In der VRFB wird ausschließlich Vanadium in vier Oxidationsstufen eingesetzt. Dies schließt die Kreuzkontamination der Redoxpaare aus und erhöht die Lebensdauer der Batterie. Nachteilig sind die Korrosivität des Elektrolyten und die damit verbundenen Materialanforderungen sowie die Selbstentladung der Batterie. Um die Materialentwicklung für alle Komponenten, d.h. Elektroden, Elektrolyt, Membran, Bipolarplatten und Dichtungen, voranzutreiben, müssen deren Degradationsprozesse im Betrieb verstanden werden. Darauf aufbauend sollen Verfahren entwickelt werden, um in anwendungsnahen Materialtests eine beschleunigte Alterung herbeizuführen. Die Ergebnisse sollen in ein Modell eingepflegt werden, um die Kosten auf die Lebensdauer eines Systems abzuschätzen und um die Betriebsweise so anzupassen, dass die Lebensdauer erhöht wird. Die Komponenten von Vanadium-Redox-Flow-Batterien (VRFB) werden einzeln und in ihrem Zusammenwirken auf ihr Degradationsverhalten untersucht. Dazu werden Alterungsprozesse identifiziert, Parameterabhängigkeiten definiert und daraus Protokolle erstellt. An Langzeit-Testständen gealterte Komponenten werden mit im Betrieb gealterten Komponenten von industriellen Partnern verglichen. Es werden Methoden zur gezielten und beschleunigten Alterung entwickelt. Die Degradation der Komponenten wird mit ex-situ und on-line Methoden untersucht. Es wird ein Modell erstellt, das Vorhersagen über die Langzeitstabilität und Kosten für VRFB-Systeme ermöglichen soll. Die Projektpartner bilden einen großen Teil der VRFB-Komponenten ab und den beteiligten Unternehmen werden wissenschaftliche Partner an die Seite gestellt. Die Projektpartner arbeiten interdisziplinär und übergreifend zusammen, so dass die Ergebnisse verifiziert werden können und eine breite Datenbasis zur Verfügung steht.
Die Bereitstellung von Raum- und Prozesswärme sowie Warmwasser stellt den größten Anwendungsbereich beim Endenergieverbrauch dar. Durch den Einsatz von Wärmepumpen kann ein Teil dieses Energiebedarfs durch Umweltwärme oder Niedertemperaturabwärme substituiert werden. Einen vielversprechenden Ansatz stellen thermisch angetriebene Wärmepumpen und Kältemaschinen auf der Basis reversibler chemischer Reaktionen oder Sorptionsprozesse dar. Zur dauerhaften Gewährleistung eines guten Wärme- und Stofftransportes müssen die Arbeitsstoffe auf poröse Trägerstrukturen aufgebracht werden. Bisher werden dafür vor allem Silicagel und Zeolithe verwendet, die aufgrund geringer Wärmeleitfähigkeiten die erreichbare Leistungsdichte solcher Systeme limitieren. Im Forschungsvorhaben sollen daher neue Arbeitsstoffe für chemische Wärmepumpen auf Basis poröser Metallstrukturen untersucht werden, die eine Verbesserung der Eigenschaften versprechen. Dieses Teilprojekt beschäftigt sich mit der Synthese und Charakterisierung dieser Metall-Metallsalz-Verbünde. Salze ermöglichen mit Wasserdampf, Ammoniak oder Alkoholen die Nutzung verschiedener Gas-Feststoff-Reaktionen, die sich für Anwendungen in Wärmepumpen, Kältemaschinen oder thermochemischen Speichern im Niedertemperaturbereich eignen. Das Ziel ist die Erzeugung von reaktiven Salzschichten auf porösen metallischen Schaum- oder Faserstrukturen. Hierzu sollen unterschiedliche Synthesepfade und deren Einfluss auf die Eigenschaften und Haftung der Salzschichten untersucht werden. Die hergestellten Verbundmaterialien werden anschließend experimentell charakterisiert, um Aussagen zu den Wärmeleiteigenschaften, zur Kinetik der Reaktions- bzw. Adsorptionsvorgänge und zur erreichbaren Leistungs- und Speicherdichte zu treffen. Anhand der Ergebnisse sollen Optimierungsmöglichkeiten abgeleitet und ein Simulationsmodell zur Auslegung von Adsorber-Wärmeübertragern auf Basis der neuen Verbundmaterialien erstellt werden.
1. Vorhabenziel Gesamtziel ist der Ausbau des Produktionstechnischen Demonstrationszentrums für Lithium-Ionen-Zellen (DeLIZ) zu einem WING-Zentrum für Batterieforschung Dresden. Das WING-Zentrum soll chemische, materialwissenschaftliche und prozesstechnologische Kernkompetenzen der TU Dresden, der Fraunhofer- und Leibniz-Institute bündeln. Als Ziele sind gestellt: Entwicklung von Co-freien Lithium-Ionen-Zellen mit erhöhter Speicherkapazität, Bau von Demozellen und Modulen, Entwicklung von Lithium-Schwefel-Zellen mit mindestens doppelter Speicherkapazität gegenüber verfügbaren Lithium-Ionen-Zellen, Bau von Demozellen und Modulen, Entwicklung neuer laserbasierter Fertigungsverfahren, Bau einer Demoanlage zur Fertigung von Zellen und Modulen. 2. Arbeitsplanung Die Ziele sollen durch die Einrichtung von drei komplementär aufgestellten Forschergruppen FG erarbeitet werden. Die Forschergruppen werden in zwei Teilprojekten zusammen arbeiten. FG1 und 2 schaffen durch ihre materialwissenschaftlichen, analytischen Schwerpunkte die Grundlagen für neue Batterieentwicklungen. Struktur-Eigenschaft-Beziehungen von Werkstoffen und chemischen Substanzen auf atomarer Ebene werden durch interdisziplinäre Zusammenarbeit grundlegend untersucht und mittels neuer Materialsynthesen in praktische Anwendungen überführt. FG3 ist produktions- und systemtechnisch ausgerüstet. Sie greift Erkenntnisse und Resultate aus FG1 und FG2 auf und setzt diese Technologien entlang der Prozess- und Fertigungskette bis zur fertigen Batteriezelle um.
Das Ziel des Forschungsvorhabens ist die Senkung der Lastspitzen und die Erhöhung der Energieeffizienz elektromechanischer Servopressen durch Integration eines neuen innovativen Hochleistungsenergiespeichers der Firma GeRotor. Das Kernstück ist der GeRotor HPS (High Power Storage), der während des Betriebs zyklisch aufgeladen wird. Die darin gespeicherte Energie wird dann zeitversetzt in nachfolgenden Schritten abgerufen. Durch eine reduzierte Anschlussleistung entstehen für den Anwender ökologische und ökonomische Vorteile. Zum einen sinken das erforderliche Leistungsniveau seitens des Stromanbieters und die damit verbundenen Kosten, zum anderen erfolgt durch Rekuperation von Bremsenergie eine signifikante Senkung des Stromverbrauchs. Mit diesen Einsparungen werden negative Umweltauswirkungen minimiert. Der modulare Ansatz von GeRotor erlaubt eine flexible Skalierung, wodurch je nach Bedarf die benötigte Kapazität durch den Zusammenschluss von mehreren GeRotor HPS zu einem Multimodul erreicht werden kann. Aufgrund ihrer Trägheit müssen Schwungmassenspeicher im Bearbeitungsprozess vorausschauend angesteuert werden. Im Rahmen des Teilprojekts des Fraunhofer IFF wird ein mathematisches Modell des Gesamtsystems erstellt. Die vom Energiespeicher abzurufende Leistung kann modellbasiert so vorgegeben werden, dass eine optimale Betriebsstrategie entsteht.
Im Rahmen des Verbundprojektes HighEnergy sollen die Performance von Lithium-Ionen Zellen verbessert und gleichzeitig Material- und Herstellungskosten gesenkt werden. Um dies auf effiziente Weise umzusetzen, arbeiten prozesstechnische Gruppen eng mit Simulationsgruppen zusammen, sodass optimierte 3D Mikrostrukturen für Batterieelektroden durch modellbasierte Simulation ermittelt und Strukturierungshinweise zur Herstellung von realen Batterieelektroden mit optimierten Eigenschaften bereitgestellt werden. Die UU übernimmt dabei die Erstellung virtueller 3D Strukturen mittels stochastischer Mikrostrukturmodelle. Diese Strukturen werden durch das HIU auf ihre elektrochemische Performance untersucht, mit dem Ziel optimierte Elektrodenstrukturen zu ermitteln. Die UU entwickelt parametrische stochastische Strukturmodelle, die mittels tomographischer Bilddaten für experimentelle Elektrodenmaterialien (der prozesstechnischen Gruppen) kalibriert werden. Durch die systematische Variation von Modellparametern wird ein breites Spektrum von virtuellen 3D Strukturen am Computer generiert. Dabei werden die vom InES erarbeiteten optimalen Parameter zur Partikel- und Porengrößenverteilung aufgegriffen und weitere Strukturparameter variiert. Die so erhaltene Bandbreite von Elektrodenstrukturen wird zur ortsaufgelösten elektrochemischen Simulation an das HIU übergeben. So können 3D Strukturen mit optimierten morphologischen und elektrochemischen Eigenschaften identifiziert werden. Da die Modelle des InES auf der Annahme perfekt sphärischer Partikel basieren, werden die Parameter nochmals leicht modifiziert, um eventuell weitere Verbesserungen der Elektrodenstrukturen zu erarbeiten. Der Fokus der Strukturvariationen liegt dabei auf der Variation von Partikelgrößenverteilung, Porosität bzw. Porenstruktur, der Integration von Anisotropie-Effekten des Materials sowie der Integration von Strukturgradienten für geschichtete und nichtgeschichtete Strukturszenarien.
Konsequente Leichtbauweise und Materialeffizienz durch innovative Materialkombination - Überführung in montagefreundliche, modulare Fassadensysteme mit Witterungsschutz, Wärmedämmung und Energieerzeugung an der Fassade - Reduktion der thermischen Spitzenlast durch thermisch aktiven Gradientenschaum und Erhöhung der Wärmespeicherkapazität.
The steady growth of global air traffic passenger demand requires the air transport industry to work even harder to improve the associated levels of safety, efficiency, and environmental performances of aircrafts. As such, the transient to more electrified aircraft systems is strongly encouraged throughout the complete aircraft operational behaviour, including on-ground operations. Indeed, on-ground operations are still mostly engine based, the main engines designed for flight phases at high power levels are thus used as well as power source to move the aircraft on ground. This induces major economic and environmental losses: currently, fuel consumption from taxi operations is estimated to cost 6,4billion€ and to reach 18M metric tons of CO2 emission per year. To reduce unnecessary fuel burn and their related emissions, a technological alternative has already been identified: Electric Taxiing System (e-Taxiing). However, some technical bottlenecks, as the one dealing with the solution storage energy capacity, have still to be overcome before enabling those system to be used by all existing and future commercial aircrafts. SUNSET will target this specific technical challenge proposing a high performances energy storage module development connected to the future e-Taxiing system. The SUNSET technology will also address the related challenge of mass reduction by providing a high-density energy recovery capability (30Wh/kg) to perform aircraft electrical decelerations while also minimizing cooling and weight. SUNSET partners, Centum Adeneo and Ampère Laboratory (UCBL) are part of the European recognised air industry value chain and will as such be involved in both development of the SUNSET solution with their Topic Manager support for its integration in the e-Taxiing system. SUNSET project will therefore contribute to bring out an innovative solution enabling a winning differentiator for European aircraft manufacturers.
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