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Entwicklung von Mikrosensoren zur impedanzspektroskopischen Untersuchung der Kambialaktivität von Fichte (Picea abies)

Im beantragten Forschungsprojekt werden Mikrosensoren entwickelt, die geeignet sind, die Wachstumsaktivität in der Kambialregion lebender Bäume auf dem Niveau wenige Zellen umfassender Gewebeverbände direkt, zeitnah und zerstörungsarm zu erfassen. Das Sensorkonzept basiert auf Methoden der Impedanzspektroskopie, einem in der Biologie etablierten Analyseverfahren, mit dem der frequenzabhängige komplexe Wechselstromwiderstand des Gewebes bestimmt wird. Die charakteristischen elektrischen Parameter gehen in die Modellierung eines Ersatzschaltbildes en, womit sich der aktuelle Zustand des Gewebes mit seinen resistiven und kapazitiven Eigenschaften darstellen und beschreiben lässt. Die Elektroden werden so dimensioniert, dass die aktive Kambialregion (Kambium mit lebendem Phloem und Xylem) möglichst exakt erfasst wird und charakteristische, gewebespezifische Zeitkonstanten bestimmt werden können. Damit können die Zellteilungs- und Ausdifferenzierungsvorgänge während der Wachstumsphase kontinuierlich und zeitlich hochaufgelöst beobachtet werden. Die Entwicklung dieser Messmethodik ist die Grundlage für die später angestrebte Anwendung im Umweltmonitoring und wird die Kenntnisse über die Steuerung der Wuchsreaktionen von Waldbäumen auf Umwelteinflüsse deutlich erweitern.

Nachhaltige, flexible additive Fertigungstechnologie für Natrium-Ionen-Festkörperbatterien

Elektrokatalysatoren fuer Membranbrennstoffzellen

a) Herstellung und Optimierung von Elektrode-Membran-Verbuenden fuer die Membranbrennstoffzelle. Es wurde ein Spruehverfahren zur Herstellung von Elektrode-Membran-Verbuenden entwickelt. b) Optimierung der Elektrodenstruktur der Kathode fuer den Betrieb mit Luft bei 1 bar. c) Entwicklung und Charakterisierung von ternaeren Katalysatoren fuer die Direkt-Methanol-Brennstoffzelle auf der Basis Pt/Ru. d) Herstellung von verbesserten makroporoesen Luftelektroden.

Schwerpunktprogramm (SPP) 2248: Polymer-basierte Batterien; Priority Program (SPP) 2248: Polymer-based batteries, Aufklärung von Degradationsmechanismen in Polymer-basierten Dual-Ionen-Batterien und Entwicklung von Strategien zur Leistungsoptimierung

Polymer-basierte Batterien gelten als aussichtsreiche Kandidaten für eine nachhaltige Energiespeicherung, was u.a. motiviert wird durch einen reduzierten Energieverbrauch bei der Herstellung, eine einfachere Recyclingfähigkeit sowie die Verwendung leicht zugänglicher Materialien und dem Austausch kritischer Metalle. Aktuell leiden Polymer-basierte Batterien jedoch unter diversen Herausforderungen hinsichtlich ihrer elektrochemischen Performanz, insbesondere einer geringen Energiedichte oder nicht ausreichender Zyklenstabilität. Zudem fehlt aktuell noch ein grundlegendes Verständnis bzgl. der Kapazitätsverluste der Zellen sowie der auftretenden Alterungsmechanismen an den Elektroden/Elektrolyt-Grenzflächen. In diesem Projekt soll ein Spezialtyp einer Polymer-basierten Batterie systematisch untersucht werden, eine sogenannte Polymer-basierte Dual-Ionen-Batterie (DIB), welche organische Materialien des n- und p-Typs zur simultanen Speicherung von Kationen und Anionen verwendet. Das DIB-System unterscheidet sich von klassischen Polymer-Batterien basierend auf dem Kationen- oder Anionen-'Rocking-Chair'-Prinzip, da hier nicht nur eine Ionensorte, sondern sowohl Kationen als auch Anionen beteiligt sind. Dieses Speicherprinzip bietet verschiedene Vorteile, wie u.a. eine hohe Variabilität möglicher Kation-Anion-Paare sowie typischerweise eine hohe Zellspannung, die durch geeignete Polymermaterialien erreicht werden kann. Zur Entwicklung Polymer-basierter DIB-Systeme mit verbesserter Energiedichte und Stabilität werden in diesem Projekt verschiedene Strategien adressiert: (I) Design neuartiger Polymermaterialien mit höherem Arbeitspotential für die positive Elektrode ('Spannungstuning'), (II) Entwicklung von Hybridsystemen wie Graphit / Polymer mit hoher Zellspannung, (III) Entwicklung von 'All-Polymer'-DIB-Systemen, mit verschiedenen Konzepten wie der Entwicklung ambipolarer Polymersysteme sowie sogenannter 'Reverse-All-Polymer-DIB-Systeme'. Die verschiedenen Polymer-DIB-Systeme sollen hinsichtlich ihrer elektrochemischen Performanz umfassend untersucht werden, wobei der Einfluss der Elektrolytformulierung und der gebildeten 'Interphasen' auf die reversible Kapazität und Stabilität während der Lade-/Entladezyklisierung im Vordergrund der Untersuchungen stehen. Zu diesem Zweck werden verschiedene ex-situ und in-situ Analysen durchgeführt, um wichtige und umfassende Einblicke in die mechanistischen Eigenschaften der Kationen- bzw. Anionen-Speicherung, die Stabilität der Polymermaterialien und die Rolle der 'Interphasen' zu erhalten. Es wird erwartet, dass die in diesem Projekt gewonnenen grundlegenden Erkenntnisse für die Entwicklung verbesserter polymerer Aktivmaterialien und optimierter Elektrolyte für Polymer-basierte DIB-Zellen mit hoher Energiedichte und Zyklenstabilität von großer Bedeutung sind.

H2Giga: QT1.1 - Projektverbund zur optimierten Materialentwicklung für die technische H2-Erzeugung durch verbesserte Sauerstoffelektroden, PrometH2eus: Projektverbund zur optimierten Materialentwicklung für die technische H2-Erzeugung durch verbesserte Sauerstoffelektroden

Bipolare Stapelung sulfidischer Festkörperbatterien, BiSSFest - Bipolare Stapelung sulfidischer Festkörperbatterien

Abgasreinigung in der elektrischen Entladung

In Elektrodenanordnungen mit zwischengeschaltetem Dielektrikum koennen bei Anlegen einer hinreichend hohen Wechselspannung Entladungsvorgaenge eingeleitet werden, die zur Zersetzung des Gases fuehren (auf diese Art und Weise ist beispielsweise auch Ozon fuer die Trink- und Abwasseraufbereitung erzeugbar). Es ist naheliegend zu untersuchen, ob bei einer solchen Art von 'Stiller Elektrischer Entladung' auch Schadgase zersetzt werden koennen. Die Untersuchungen wurden mit NOx und SO2 durchgefuehrt.

Fluorfreie Membran-Elektroden-Einheiten mit hoher Effizienz, geringerem Gasübertritt und langer Lebensdauer zur nachhaltigen Erzeugung von Wasserstoff, Teilvorhaben: Entwicklung einer Nanofaserverstärkung und elektrochemische Charakterisierung

Einsatz der anodischen Oxidation bei der Lebensmittelverarbeitung und in der Brauerei

An der Qualitaet des zur Herstellung und zur Verarbeitung von Lebensmitteln und Getraenken verwendeten Wassers muessen aus chemischer und mikrobiologischer Sicht hoechste Anforderungen gestellt werden. Die strengen Vorschriften der TVO und und der neuen EWG-Richtlinien genuegen oft nicht, um eine Kontamination durch pathogene Keime und Viren im Wasser beim Herstellungsprozess zu verhindern, wobei eine Schaedigung des Produktes oder eine gesundheitliche Beeintraechtigung des Konsumenten moeglich wird. Die anodische Oxidation spezifiziert in Stabgitterbuendelelektroden konnte als neues Wasserdesinfektionsverfahren aufgrund seiner in vielen Untersuchungen gestuetzten entkeimenden, viruseliminierenden und desodorierenden Wirkung durch Elektrodenentzug in diesen Bereichen eingesetzt werden, bzw. wurde in mehreren Faellen fuer Wasserdesinfektionsanlagen projektiert.

Umweltschonende Herstellung von wiederaufladbaren langlebigen Lithium-Polymer-Batterien mit Festkörper-Elektrolyten und extrudierten Elektroden

Die Microbatterie GmbH, Ellwangen, eine 100 Prozentige Tochter der VARTA AG, errichtet eine Anlage zur großtechnischen Produktion von Lithium-Polymer-Batterien, die insbesondere bei miniaturisierten, transportablen Anwendungen wie z.B. Handies und Notebooks eingesetzt werden sollen. Das Produkt und die Fertigungstechnik sind vollständige Neuentwicklungen. Die Microbatterie GmbH will gesundheitsschädliches Kobalt in der Produktion und im Produkt durch umweltverträgliche Lithium-Mangan-Oxide substituieren. Ferner soll der bisher verwendete Flüssigelektrolyt in einem ersten Schritt zum Teil durch einen umweltverträglicheren ionenleitenden Festkörperelektrolyten und in einem zweiten Schritt durch eine Kombination zweier Festelektrolyte ersetzt werden. Die Polymertechnologie mit der aluminisierten Tütenverpackung macht das Produkt recyclingfreundlich und sicher (keine Auslaufgefahr). Daneben zeichnen sich Lithium-Polymer-Batterien aufgrund ihrer Wiederaufladbarkeit (bis zu 1.000 mal bei den Hauptanwendungsgebieten) durch eine hohe Lebensdauer aus. Aus umweltpolitischer Sicht ist auch die umweltfreundliche Produktionstechnik hervorzuheben. Durch die Einführung eines innovativen Extrusionsverfahrens kann auf die bisher bei der Elektrodenherstellung und der Extraktion eingesetzten Lösemittel, Weichmacher und PTFE-Folien vollständig verzichtet werden. Bei der Extrusion werden die reinen Rezepturen vermischt und direkt als Folie mit einem Extruder hergestellt. Dieses Verfahren arbeitet abluft- und abwasserfrei. Die bei herkömmlichen Verfahren entstehenden Abfälle (Lösemittel, Weichmacher und Folie) können vollständig vermieden werden. Es fallen lediglich Elektrodenstanzabfälle aus Kupfer und Aluminium (5 Prozent der Einsatzmenge) und Gehäuseabfälle aus Aluminium (25 Prozent der Einsatzmenge) an, die stofflich verwertet werden können.

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