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SFB/TRR 196: Mobile Material-Charakterisierung und -Ortung durch Elektromagnetische Abtastung
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SFB/TRR 196: Mobile Material-Charakterisierung und -Ortung durch Elektromagnetische Abtastung
- Förderung :
- Seit 2017
- Kontakt:
-
Thomas Kaiser (Sprecher)
- Website:
- https://trrmarie.de/sfbtrr196marie/
Abstract
Vor mehr als 100 Jahren erfanden Wissenschaftler die Mobile Kamera, um an jedem Ort zu fotografieren. Vor mehr als 30 Jahren erfanden Ingenieurwissenschaftler das Mobilfunkgerät, um an jedem Ort zu telefonieren. Jetzt ist es an der Zeit einen Mobilen Materialdetektor zu erfinden, um MAteRIaliEn sowohl von beliebigen Oberflächen als auch im Inneren eines Objektes an jedem Ort zu bestimmen. All diese bahnbrechenden Erfindungen beruhen auf technologischen Fortschritten, die es ermöglichen von elektronischen Komponenten über integrierte Schaltungen hin zu einem vollständigen System zu gelangen. Im Vergleich zu heute verfügbaren voluminösen und statischen Materialdetektoren ermöglicht ein Mobiler Materialdetektor zahlreiche neue Anwendungen: zur autonomen Ortung von Brandherden oder von bewusstlosen Personen in verrauchten, brennenden Gebäuden, zur zuverlässigen Detektion von Kabeln und Gegenständen innerhalb von Wänden, oder, allgemeiner, zur systematischen Erstellung von Materialkarten, um beispielsweise Gegenstände in beliebigen Umgebungen zu finden und zu klassifizieren. MARIE’s gewählte untere Messfrequenz entspricht mit 250 GHz dem aktuellen Stand der Forschung für kompakte mobile Sender und Empfänger; die angestrebte obere Messfrequenz beträgt 5 THz, um eine Vielfalt von Materialien aufgrund ihrer spezifischen Absorptionslinien identifizieren zu können.MARIE hat vier Forschungsziele: 1. die dynamische Wellenausbreitung in einem fast unerschlossenen Frequenzbereich zu messen, zu analysieren und zu modellieren, 2. den Funksender und empfänger über diesen Frequenzbereich zur mobilen Materialdetektion zu miniaturisieren, 3. Oberflächenmaterialien und auch innere Materialien dynamisch zu charakterisieren, und 4. solche Materialien mit einer sub-Millimeter-Genauigkeit präzise zu orten.MARIE gliedert sich in drei Phasen mit einer Dauer von jeweils 4 Jahren: in Static Lab (2017-2020), die bald erfolgreich endet, stehen technologische Fortschritte im Fokus, während die Messfrequenz sich in der statischen Laborumgebung bis zu 4 THz erstreckt. Der mit diesem Fortsetzungsantrag zu erforschende Mobile Sensor (2021-2024) hat Energieeffizienz zum zentralen Inhalt, um Mobilität in dem erweiterten Frequenzbereich bis 5 THz zu ermöglichen. Dynamic Environment (2025-2028) umfasst alle verbleibenden Herausforderungen, insbesondere durch Fusion mit anderen Sensorprinzipien, um schlussendlich die Vision des Mobilen Materialdetektors umzusetzen.
SFB/TRR 270: HoMMage – Hysterese-Design magnetischer Materialien für effiziente Energieumwandlung
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SFB/TRR 270: HoMMage – Hysterese-Design magnetischer Materialien für effiziente Energieumwandlung
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CENIDE Forschungs
schwerpunkt: -
Magnetische Materialien
- Förderung :
- Seit 2020
- Kontakt:
-
Michael Farle (Stellv. Sprecher)
Oliver Gutfleisch (Sprecher)
Anna Ziefuß (Projektbeteiligte)
- Website:
- https://www.tu-darmstadt.de/sfb270
Abstract
Die zentrale Motivation des CRC/TRR 270 ist es, ein tiefgehendes Verständnis der Hysterese in Volumenmagneten zu erlangen. Ziel ist die Entdeckung neuer dauermagnetischer und magnetokalorischer Materialien, die effizienter und ressourcenschonender als die bisherigen sind und nahe an ihrem physikalischen Limit eingesetzt werden können. Dazu entwickeln wir innovative Konzepte der Materialmanipulation und lassen empirische Entwicklung von magnetischen Materialien hinter uns, indem wir basierend auf einem umfassenden Verständnis der strukturellen, magnetischen und elektronischen Wechselwirkungen auf nano-, mikro- und makroskopischer Ebene prädiktive Designkonzepte etablieren. Ausgangspunkt für unseren kooperativen, interfakultativen Forschungsansatz ist die trotz signifikanter Fortschritte in der Forschung herrschende Diskrepanz zwischen intrinsischen und extrinsischen Eigenschaften, die noch kein vollständiges Verständnis der Hysterese zulässt. Magnetmaterialien sind Schlüsselkomponenten in Energietechnologien mit starkem Wachstumspotenzial wie z.B. Windkraft, E-Mobilität und magnetische Kühlung, wobei ressourcenschonende Magnetmaterialien im Fokus stehen. Innovationen über die kommenden Jahrzehnte benötigen innovative Syntheserouten und die Entwicklung von Materialdesignregeln für verbesserte Nano- und Mikrostrukturen durch Defekt-Engineering und unkonventionelle magnetische Härtungs- und Texturierungstechniken. Unser Ansatz verbindet „bottom-up“ Techniken, die auf spezifisch entwickelten Nano- und Mikropartikeln für die Additive Fertigung (AF) beruhen, und „top-down“ Prozessen wie der hochgradig plastischen Umformung. Der Projektbereich A (Permanentmagnete – maximierte Hysterese) fokussiert sich auf die Kontrolle der Phasenentmischungsreaktionen in Legierungssystemen, um Anisotropie und Magnetisierung auf der Nanoskala zu kontrollieren. Neue Materialien mit maßgeschneiderter Hysterese und spezifischer Streufeldverteilung werden durch AF und hochgradig plastische Umformprozesse hergestellt, um Effizienz auf der Materialebene und auch im Formgebungsprozess zu erreichen. Im Projektbereich B (magnetokalorische Materialien – minimierte Hysterese) werden neue Konzepte von gekoppelten magnetostrukturellen Phasenübergängen in magnetokalorischen Materialien erforscht. Insbesondere für neue Heusler-Verbindungen, MAX-Phasen, und „Compositionally Complex Magnetocalorics“ (von den „High-Entropy Alloys“ abgeleitete Verbindungen) erwarten wir ungewöhnliche Funktionalitäten. Auf lange Sicht wollen wir eine hierarchische Strukturierung von magnetokalorischen und permanentmagnetischen Materialien mit mikroskopischer Präzision durch den Einsatz innovativer AF erreichen. Die Projektleiter sind international ausgewiesen in den Bereichen Materialwissenschaft, Physik, Chemie, und Ingenieurwissenschaften und bilden ein Konsortium mit hervorragender Balance zwischen Theorie und Experiment.
SFB/TRR 247: Heterogene Oxidationskatalyse in der Flüssigphase – Materialien und Mechanismen in der thermischen, Elektro- und Photokatalyse
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SFB/TRR 247: Heterogene Oxidationskatalyse in der Flüssigphase – Materialien und Mechanismen in der thermischen, Elektro- und Photokatalyse
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CENIDE Forschungs
schwerpunkt: -
Katalyse
- Förderung :
- Seit 2018
- Kontakt:
-
Stephan Schulz (Stellv. Sprecher)
Kristina Tschulik (Sprecherin)
- Website:
- https://www.sfbtrr247.ruhr-uni-bochum.de/
Abstract
Ziel des Projektes ist es, die heterogene Oxidationskatalyse an Übergangmetalloxiden in der Flüssigphase auf ein Wissensniveau zu heben, wie es für die Gasphasenkatalyse an Metallen etabliert ist. Hierzu sollen die aktiven Zentren und die Reaktionsmechanismen ermittelt werden. Das Arbeitsprogramm des SFBs basiert auf drei Hypothesen: (1) Die Voraussetzungen für einen hochaktiven Oxidationskatalysator (Vorläufer-Strukturmotive für die aktiven Zentren) können über experimentelle Struktur-Aktivitätsbeziehungen ermittelt werden, bei denen Strukturmotive jenseits der idealen Kristallstruktur im Zentrum stehen. (2) Durch Kombination von theoretischen Berechnungen und experimentellen in situ- und operando Methoden kann die Veränderung dieser Zentren unter Reaktionsbedingungen analysiert und so die arbeitenden aktiven Zentren identifiziert werden. (3) Der systematische Vergleich eines Katalysators in verschiedenen Oxidationsreaktionen mit hierarchischer Komplexität in thermischer, Elektro- und Photokatalyse erlaubt es, aus den vielfältigen Möglichkeiten die relevanten Elementarschritte zu schlussfolgern und damit schließlich in Zusammenarbeit zwischen Experiment und Theorie den Reaktionsmechanismus zu ermitteln. Zentrales Element der Zusammenarbeit im SFB ist eine Vergleichsstudie, deren Ziel es ist, diese Hypothesen zu verifizieren. Die Materialbasis für diese Vergleichsstudie bilden Eisen-Kobalt-Mischoxide vom Spinell- und Perowskit-Typ. Diese prototypischen Übergangsmetalloxidkatalystoren sind aktiv in den Reaktionen der Vergleichsstudie, nämlich der Oxidation von Alkoholen, gesättigten und ungesättigten Kohlenwasserstoffen sowie der Redoxchemie von Sauerstoff. Die erste Förderperiode widmet sich der Etablierung von Realstruktur-Aktivitätsbeziehungen und der Modellierung von möglichen aktiven Zentren. In der zweiten Förderperiode werden die theoretischen und experimentellen Ergebnisse zu einer umfassenden Beschreibung der aktiven Zentren und des Reaktionsmechanismus‘ konvergiert. Zusätzlich werden die erhaltenen Ergebnisse auf weitere Materialien und Reaktionen generalisiert. In der dritten Förderperiode soll das erarbeitete Wissen für ein rationales Design von neuen Katalysatoren angewendet werden, die innovative, neue Prozesse in der Flüssigphasenoxidation ermöglichen.
SPP 2403: Carnot-Batterien: Inverser Entwurf vom Markt bis zum Molekül
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SPP 2403: Carnot-Batterien: Inverser Entwurf vom Markt bis zum Molekül
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CENIDE Forschungs
schwerpunkt: -
Funktionsmaterialien für Energieanwendungen
- Förderung :
- Seit 2023
- Kontakt:
-
Burak Atakan (Koordinator)
- Website:
- https://www.uni-due.de/spp2403
Abstract
Die kostengünstige, ortsunabhängige und ressourcenschonende Speicherung von elektrischer Energie ist das zentrale ungelöste Problem der Energiewende. Eine mögliche Lösung könnte die aufkommende Technologie der Carnot-Batterien (CBs) sein, bei der elektrische Energie durch Hochtemperatur-Wärmepumpen in Wärme umgewandelt wird, die dann in kostengünstigen Materialien wie Wasser, Steinen oder Salzschmelzen gespeichert und bei Bedarf, z.B. mittels Dampfturbinen, wieder in elektrische Energie umgewandelt wird. Das thermodynamische Prinzip ist seit langem bekannt, dennoch gibt es bisher keine allgemeinen Methoden für ihre Auslegung oder ihre Bewertung auf der Basis der Grundlagen und der Zielsetzungen. Carnot-Batterien sind komplexe gekoppelte, zeitabhängige Systeme mit einer großen Anzahl von Komponenten und Freiheitsgraden. Veröffentlichte Wirkungsgrade und Kosten sind selten verifiziert oder gelten nur für bestimmte Systeme; die Integration in zukünftige Energiemärkte ist unerforscht. Der grundlegend neue Ansatz dieses Schwerpunktprogramms (SPP) ist die umfassende inverse Top-Down-Entwurfsmethodik, die ausgehend von den Zielgrößen (Markt) Schritt für Schritt zum Kleineren hin die optimale Auslegung sowie optimale Betriebsweisen mit entsprechenden Kreisläufen, Speichern, Maschinen und Fluiden (Molekül) anstrebt und diese Komponenten wiederum optimal kombiniert. Insbesondere werden auch die eingesetzten Arbeitsfluide und deren Gemische gemeinsam mit den Prozessparametern und der Konfiguration optimiert, um so die technischen und ökonomischen Grenzen zu finden. Die Marktbedürfnisse und die Grenzen von CBs sollen von einem interdisziplinären SPP-Team untersucht werden. Durch den Aufbau einer neuen interdisziplinären Community wird ein großer methodischer und inhaltlicher Erkenntnisgewinn erwartet, der auf weitere energietechnische Fragestellungen übertragbar ist. Dies geschieht in den invers angeordneten Projektbereichen, die aufeinander aufbauen und intensiv kooperieren: A - Carnot-Batterien in Energiemärkten, B - Design von Carnot-Batterien, C - Komponenten für Carnot-Batterien. Die Arbeit des SPP wird durch ein gemeinsames Carnot-Batterielabor gebündelt und validiert, das im Rahmen des Koordinationsprojekts aufgebaut wird und von den Teilnehmern des SPP zur Validierung ihrer Modelle und zur Untersuchung der Kopplung verschiedener miteinander verbundener Teile einer CB genutzt werden kann. Die Zusammenarbeit und der Austausch zwischen den Teilnehmern wird durch die Organisation von Workshops, den Austausch von Studenten und Seminaren koordiniert und schließt die Beteiligung international renommierter Wissenschaftler aus verschiedenen Disziplinen ein. Die Verwaltung der Forschungsdaten wird durch das Koordinationsprojekt erleichtert und verwaltet, ebenso wie die Kommunikation der Ergebnisse an die Öffentlichkeit.
SPP 2122: Neue Materialien für die laserbasierte additive Fertigung
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SPP 2122: Neue Materialien für die laserbasierte additive Fertigung
- Förderung :
- Seit 2018
- Kontakt:
-
Stephan Barcikowski (Koordinator)
Anna Ziefuß (Projektbeteiligte)
- Website:
- https://www.uni-due.de/matframe/index.php
Abstract
Laser in der Produktion werden immer leistungsfähiger und brillanter, jedoch sind für die aktuell geforderten Bearbeitungsaufgaben die verfügbaren Materialien oftmals vollkommen unzulänglich. Bis heute werden in der additiven Fertigung Metallpulver eingesetzt, die vor über 50 Jahren für ein völlig andersartiges Verfahren – das thermische Spritzen – entwickelt wurden. Bei modernen laserbasierten additiven Verfahren führen diese Pulver jedoch zu Prozessinstabilitäten sowie Porositäten und Defekten im Bauteil. Im Bereich der Polymerpulver fehlt es zudem an einer breiten Materialpalette. Es besteht daher die dringende Notwendigkeit, die Materialien an diese verbreiteten Produktionsverfahren anzupassen, da lasergestützte Verfahren langfristig wegen ihres Durchsatzes als auch wegen ihrer Präzision wichtige Produktionsverfahren dominieren werden. Dies erfordert einen grundlegenden Forschungsansatz bereits am Beginn der Prozesskette, dem Material. Es besteht dringender Handlungsbedarf, die weltweite Spitzenposition Deutschlands in der Photonik und Materialwissenschaft zu verteidigen und weiter auszubauen. Ein koordiniertes, kohärentes, erstmals die Materialentwicklung und Photonikforschung vereinendes, bereits bei der Materialsynthese ansetzendes Forschungsprogramm soll zur Ausschöpfung dieses erheblichen Potenzials beitragen. Um eine Rückkopplung zwischen Prozessverhalten und Materialeigenschaft sicherzustellen, werden im Rahmen des SPPs Tandemprojekte aus den Bereichen „Materialien“ und „Laserprozess“ gefördert, welche projektübergreifend in Themenclustern zusammenarbeiten. Die wissenschaftlichen Fragestellungen werden materialübergreifend formuliert und auf das photonische Verfahren der additiven Laserfertigung konzentriert. Hiermit sollen erstmals sowohl chemische als auch metallurgische und Additiv-basierte Modifikationen gezielt für die photonische Produktion entwickelt werden. Eine solch große fächerübergreifende Studie bedarf einer gezielten Koordination und ermöglicht erstmals einen umfassenden Ringversuch einschließlich Forschungsdatenmanagement. Nur dadurch wird ein laborübergreifender wissenschaftlicher Austausch generiert, wodurch Reproduzierbarkeit und statistische Belastbarkeit garantiert werden.
SPP 1980: Nanopartikelsynthese in Sprayflammen SpraySyn: Messung, Simulation, Prozesse
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SPP 1980: Nanopartikelsynthese in Sprayflammen SpraySyn: Messung, Simulation, Prozesse
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CENIDE Forschungs
schwerpunkt: -
Gasphasensynthese von Nanomaterialien
- Förderung :
- Seit 2017
- Kontakt:
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Christof Schulz (Koordinator)
- Website:
- https://www.uni-due.de/spp1980/
Abstract
Die Sprayflammensynthese bietet einen vielversprechenden Ansatz zur Herstellung funktionaler Nanomaterialen. Im Vergleich zu existierenden großtechnischen Gasphasenprozessen bietet die Sprayflammensynthese den Zugang zu einer Fülle an Materialien, die sich nicht mit anderen Prozessen herstellen lassen. Die tatsächliche industrielle Nutzung scheitert bisher aber an der Notwendigkeit des Einsatzes teurer Ausgangsstoffe und einem unzureichenden Prozessverständnis. Diese Situation soll im Rahmen des SPP1980 durch einen interdisziplinären Ansatz überwunden werden, der die Grundlagen für die praktische Nutzung und (weitere) industrielle Verbreitung der Sprayflammensynthese schafft. Dadurch sollen teure Ausgangsmaterialien substituiert und in den Industriemaßstab skalierbare Verfahren entwickelt werden, die die gezielte Herstellung von Materialien mit einem weiten Eigenschaftsspektrum ermöglichen.
FOR 2284: Modellbasierte skalierbare Gasphasensynthese komplexer Nanopartikel
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FOR 2284: Modellbasierte skalierbare Gasphasensynthese komplexer Nanopartikel
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CENIDE Forschungs
schwerpunkt: -
Gasphasensynthese von Nanomaterialien
- Förderung :
- Seit 2015
- Kontakt:
-
Christof Schulz (Sprecher)
- Website:
- https://www.uni-due.de/for2284/
Abstract
Funktionsmaterialien auf Basis anorganischer Nanopartikel haben eingroßes Anwendungspotenzial. Über die pure Variation derchemischen Zusammensetzung hinaus, eröffnet die Strukturgrößeeine neue Dimension für die Erzeugung ungewöhnlicherMaterialeigenschaften. Hochpotente Energiespeichermaterialien,edelmetallfreie Katalysatoren, effiziente halbleitende Lichtabsorberund emitter oder biokompatible Materialien für ‐ die medizinischeDiagnostik sind nur einige Beispiele für das Anwendungsspektrumanorganischer Nanomaterialien. Neben der Zusammensetzung der imSyntheseverlauf entstehenden primären Partikel entscheidet dieMorphologie darauf aufbauender sekundärer und tertiärer Strukturenüber die praktische Anwendbarkeit der Materialien. Um diesestrukturbasierten Eigenschaften beeinflussen und nutzen zu können,ist eine hochspezifische Synthese zwingend erforderlich, mit der – aufder Basis der primären Nanopartikel – Strukturgröße, Morphologieund strukturell definierte Materialkombinationen gezielt undreproduzierbar eingestellt werden können. Damit Nanomaterialien mitden entsprechenden Eigenschaften auch in industrierelevantenMengen hergestellt werden können, muss zudem die Skalierbarkeitder Prozesse sichergestellt werden, wozu sich dieGasphasensynthese besonders eignet. Hier setzt die Vision derForschergruppe an: Auf Basis des Verständnisses der elementarenSchritte von Prekursorchemie, Partikelentstehung, Partikel‐Partikel‐Interaktion und In‐situ‐Funktionalisierung werden Designregeln fürSyntheseverfahren und ‐reaktoren entwickelt und demonstriert, dieeine maßgeschneiderte Synthese, Modifizierung und Strukturierungvon Nanopartikeln in der Gasphase ermöglichen. Exemplarischwerden zwei Materialsysteme untersucht: Komposite auf Basis vonEisen‐ und Eisenoxid‐Nanopartikeln und strukturierte Siliziumpartikelund Nanokomposite. Da der Schwerpunkt der Forschergruppe auf derKombination von Analyse, Modellbildung und Simulation liegt, werdensequenziell Materialien und Prozesse mit einer Steigerung derKomplexität untersucht. So werden auf jeder Zwischenstufe eineRückkopplung mit dem Experiment und eine Validierung derentwickelten Simulationen und Designregeln sichergestellt. DasVorhaben erschließt nicht nur die Erzeugbarkeit neuerMaterialvariationen, sondern zielt dabei auf die Entwicklung vonskalierfähigen Prozessen und wissenschaftlich fundierten, validiertenSimulationsverfahren, die wesentliche Grundlagen für einezuverlässige Nutzung von hochspezifischen funktionalenNanopartikelensembles und deren industrielle Anwendung sind.
FOR 1993: Multifunktionale Stoff- und Energiewandlung
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FOR 1993: Multifunktionale Stoff- und Energiewandlung
- Förderung :
- 2013 - 2023
- Kontakt:
-
Burak Atakan (Sprecher)
- Website:
- https://www.uni-due.de/for1993/
Abstract
Im Rahmen der Forschergruppe wird untersucht, inwiefern Hochtemperaturumwandlungen in Kolbenmaschinen flexibel Nutzchemikalien gemeinsam mit energetischen Größen wie Arbeit oder Wärme abgeben können. Die Nutzchemikalien können dann entweder in der chemischen Industrie Verwendung finden oder aufgrund ihrer hohen Energiedichte zur Energiespeicherung eingesetzt werden. Der hohe Kenntnisstand der Verbrennungsforschung in Bezug auf die experimentelle und theoretische Erfassung von reagierenden Hochtemperatursystemen wird für die Erforschung der Polywandlungsprozesse genutzt, jedoch steht nun nicht mehr die konsequente Vermeidung von Schadstoffen im Vordergrund, sondern die Erzeugung von Nutzstoffen. Die Forschergruppe verfolgt diese Fragestellung theoriegeleitet mit entsprechender experimenteller Validierung. Hierfür werden im Bereich Grundlagen-Modellierung Elementarreaktionsmodelle entwickelt, die Thermodynamik solcher Prozesse analysiert und die Prozesse optimiert. Im Bereich Grundlagen-Validierung werden die Mechanismen anhand von reaktionskinetischen Experimenten mit gut definierten Randbedingungen validiert. Im Bereich Motoren-Maschinen werden die Modellvorhersagen anhand von Kolbenmaschinen überprüft. Ziel ist es, mit den Erkenntnissen aus dem Gesamtprojekt die flexible Energie- und Stoffwandlung ganzheitlich zu beurteilen im Hinblick auf möglichst geringe Verluste an nutzbarer Energie (Exergie). Grundsätzlich stellt die Exergie in diesem Projekt also das entscheidende Kriterium zur Beurteilung der Durchführbarkeit und der Güte eines Prozesses dar, während bei vorhergehenden Forschungsvorhaben meist die möglichst effiziente Energiewandlung und die Reduktion von Schadstoffen im Vordergrund gestanden haben. Flexible Maschinen könnten ebenso zur Erzeugung von Grundchemikalien wie auch zur Speicherung von Energie in Form chemischer Verbindungen genutzt werden und somit einen Beitrag zur Sicherheit der Energieversorgung liefern.
FOR 2982: UNODE - Unusual Anode Reactions
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FOR 2982: UNODE - Unusual Anode Reactions
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CENIDE Forschungs
schwerpunkt: -
Katalyse
- Förderung :
- Seit 2019
- Kontakt:
-
Corina Andronescu (Projektbeteiligte)
- Website:
- https://www.ruhr-uni-bochum.de/for2982/
Abstract
Ein zukünftiges nachhaltiges Energiesystem auf der Basis von Wasserstoff ist unvermeidbar. Die Herstellung dieses Energiespeichers wird definitiv durch Elektrolyse erfolgen. Allerdings stellt die Sauerstoffevolutionsreaktion bei der Wasserelektrolyse immer noch eine Herausforderung dar, die aufgrund der hohen Überspannung einen wesentlichen Teil der elektrischen Leistung verbraucht. Alternative anodische Reaktionen, die nicht Sauerstoff freisetzen jedoch nützliche Plattformchemikalien herstellen, stellen eine innovative Alternative zur Sauerstoffevolution dar. Um dieses Ziel zu erreichen, werden zwei komplementäre Strategien verfolgt. i) Die Entwicklung von elektrochemischen Oxidationsreaktionen mit hoher technischer Relevanz wie beispielsweise die anodische Funktionalisierung von Methan, die Oxidation von Alkoholen, spezifisch von Glycerin unter Bildung von Milchsäure, die Oxidation von Hydroxymethylfurfural unter Bildung der Plattformchemikalie 2,5-Furandicarbonsäure, sowie die Oxidation von Aminen zu Amin-N-Oxiden. ii) Alternativ werden anodisch Oxidationsäquivalente gebildet, die zu einem späteren Zeitpunkt für unterschiedlich chemische Transformationen Verwendung finden können. Diese Strategie vermeidet die Selektivitätsprobleme von komplexen Molekülen an der Anode. Es werden generelle Konzepte für universelle Anwendungen erhalten, die dazu beitragen sollen, Fluktuationen in der Bereitstellung von elektrischem Strom zu kompensieren, da diese Oxidantien gespeichert werden können. Um diese Herausforderungen wissensbasiert anzugehen,werden spezifische Verfahren für die Untersuchung wie z.B. operando Elektrochemie/Spektroskopie sowie der Einfluss der Elektrodenmorphologie adressiert. Diese Forschungsgruppe wird die Lücke zwischen den Grundlagen organischer Elektrochemie und der Elektrokatalyse in der präparativen Elektrolyse inklusive erster Schritte des Upskalings überbrücken.
BatWoMan
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BatWoMan
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CENIDE Forschungs
schwerpunkt: -
Funktionsmaterialien für Energieanwendungen
- Förderung :
- 2022 - 2025
- Kontakt:
-
Harry Hoster (Projektleitung)
Theresa Schredelseker (Projektbeteiligte)
- Website:
- https://batwoman.eu/
Abstract
Die Führungsposition Europas in der nachhaltigen Batterieproduktion wird durch eine neue nachhaltige und kosteneffiziente Produktion von Lithium-Ionen-Batteriezellen gesichert. Dieses Ziel verfolgt das EU-finanzierte Projekt BatWoMan, das den Weg zur CO2-neutralen Zellproduktion ebnet. Das Projekt konzentriert seine Bemühungen auf energieeffiziente Elektroden ohne flüchtige organische Verbindungen, die mit Schlämmen mit hohem Trockenmassegehalt verarbeitet werden. Außerdem wird ein innovatives Konzept zur Reduzierung des Trockenraums mit verbesserter Elektrolytbefüllung eingeführt. Eine kostengünstige und energieeffiziente Zellkonditionierung, d. h. Benetzung, Formation und Alterung, steht ebenfalls auf der Tagesordnung des Projekts. Eine innovative, auf KI basierende Plattform wird diese technologischen Verbesserungen unterstützen. Das übergeordnete Ziel des Projekts besteht darin, die Produktionskosten und den Energieverbrauch der Zellen um mehr als die Hälfte zu senken.
EIT Raw Materials Innovation Project
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EIT Raw Materials Innovation Project
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CENIDE Forschungs
schwerpunkt: -
Funktionsmaterialien für Energieanwendungen
- Förderung :
- 2022 - 2025
- Kontakt:
-
Hartmut Wiggers (Projektbeteiligter)
- Website:
- https://eitrawmaterials.eu/high-performance-silicon-composites-for-lithium-ion-batteries/
Abstract
Batterien für Mobiltelefone und Elektrofahrzeuge sind auf Graphitanoden angewiesen, die ihre Leistungsgrenze erreicht haben. Der aktuelle Markt erwartet neue Anodenalternativen. Daher besteht eine der größten Herausforderungen für Europa darin, effiziente und nachhaltige Ersatzstoffe für kritische Rohstoffe zu finden. Das von Nanomakers geleitete Projekt SIRIUS gab den Startschuss für die Bereitstellung des leistungsstärksten und kostengünstigsten Siliziummaterials für den Batteriemarkt und die Elektromobilität, indem die Produktionskapazität von Nanomakers erhöht wurde. Die Idee war, die Rohstoffversorgung durch die Arbeit an zwei Aspekten zu sichern. Einerseits die Verwendung von Siliziumgas-Vorläufern zur Gewinnung von Siliziummetall und die teilweise Substitution von Graphit. Zum anderen entwickelte Nanomakers Anoden mit hoher Kapazität, um die Menge an Anodenmaterial in Batterien zu reduzieren.
Leitprojekt H2Giga
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Leitprojekt H2Giga
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CENIDE Forschungs
schwerpunkt: -
Katalyse
Funktionsmaterialien für Energieanwendungen
- Förderung :
- Seit 2021
- Kontakt:
-
Corina Andronescu (Projektbeteiligte)
Doris Segets (Projektbeteiligte)
Nicolas Wöhrl (Projektbeteiligter)
- Website:
- https://www.wasserstoff-leitprojekte.de/leitprojekte/h2giga
Abstract
Um Deutschlands Bedarf an Grünem Wasserstoff decken zu können, braucht es große Kapazitäten an leistungsfähigen, kostengünstigen Elektrolyseuren. Zwar sind bereits heute leistungsfähige Elektrolyseure am Markt – allerdings erfolgt ihre Herstellung noch immer größtenteils in Handarbeit. Das Leitprojekt H2Giga wird daher die serienmäßige Herstellung von Elektrolyseuren unterstützen.
NanoMatFutur: MatGasDif – NanoMATerialen als Basis für GASDIFfusionselektroden für die hochselektive CO2 Reduktion
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NanoMatFutur: MatGasDif – NanoMATerialen als Basis für GASDIFfusionselektroden für die hochselektive CO2 Reduktion
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CENIDE Forschungs
schwerpunkt: -
Katalyse
- Förderung :
- Seit 2020
- Kontakt:
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Corina Andronescu (Projektleiterin)
- Website:
- https://www.werkstofftechnologien.de/projekte/nachwuchsfoerderung/nachwuchsgruppen-energietechnik/dr-ing-corina-andronescu-matgasdif
Abstract
Im Kampf gegen den Klimawandel ist eines von besonderem Interesse: die Schließung des Kohlenstoffkreislaufs. Dadurch sollen die industrielle Leistungsfähigkeit und der Lebensstandard der Menschen gewahrt werden. Im Projekt MatGasDif werden neue Katalysatoren und Prozesse für die Verwertung von Kohlenstoffdioxid erforscht.
HOSALIB – Hochleistungs-Silizium-Kohlenstoff-Komposit als Anodenmaterial für Lithium-Ionen-Batterien (HOSALIB)
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HOSALIB – Hochleistungs-Silizium-Kohlenstoff-Komposit als Anodenmaterial für Lithium-Ionen-Batterien (HOSALIB)
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CENIDE Forschungs
schwerpunkt: -
Funktionsmaterialien für Energieanwendungen
- Förderung :
- Seit 2020
- Kontakt:
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Andreas Kempf (Projektbeteiligter)
Christof Schulz (Projektbeteiligter)
Doris Segets (Projektbeteiligte)
Hartmut Wiggers (Projektbeteiligter)
- Website:
- https://www.uni-due.de/2020-10-15-leistungsfaehiges-anodenmaterial-mit-evonik
Abstract
Spätestens im Jahr 2023 soll es marktreif sein: Anodenmaterial für Lithium-Ionen-Batterien, das zu leistungsfähigeren Energiespeichern führt. Das Material ist in den Laboren des Center for Nanointegration (CENIDE) der UDE bereits erprobt worden. Seit dem 1. September fördert das Bundeswirtschaftsministerium die UDE mit fast 1,7 Mio. Euro, um den Herstellungsprozess in einem gemeinsamen Projekt mit Evonik weiterzuentwickeln und auf den Industriemaßstab zu übertragen.
IMPRS on Reactive Structure Analysis for Chemical Reactions (RECHARGE)
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IMPRS on Reactive Structure Analysis for Chemical Reactions (RECHARGE)
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CENIDE Forschungs
schwerpunkt: -
Funktionsmaterialien für Energieanwendungen
- Förderung :
- 2021 - 2026
- Kontakt:
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Christof Schulz (Projektbeteiligter)
Stephan Schulz (Projektbeteiligter)
Doris Segets (Projektbeteiligte)
Hartmut Wiggers (Projektbeteiligter)
Tobias Teckentrup (Projektmanagement)
- Website:
- https://imprs.cec.mpg.de/
Abstract
Ziel der IMPRS RECHARGE ist es, grundlegende photochemische Prozesse zu entkoppeln und Solarenergie zu speichern, um sie später für Technologien oder die Mobilität nutzbar zu machen. Die Doktoranden dieser IMPRS werden sich vorrangig mit Reaktivität und Strukturanalyse der sechs energieeffizienten chemischen Schlüsselreaktionen befassen. RECHARGE fokussiert sich dabei auf das Verständnis von katalytischen Prozessen auf atomarer Ebene. Modernste Methoden für physikalische Charakterisierung und Theorie kommen zur Anwendung. Die IMPRS RECHARGE wird vom Max-Planck-Institut für Chemische Energiekonversion koordiniert und neben der Universität Duisburg-Essen sind auch das Max-Planck-Institut für Kohlenforschung, die Ruhr-Universität Bochum und die Universität Bonn beteiligt.
IMPRS for Sustainable Metallurgy – from Fundamentals to Engineering Materials (SusMet)
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IMPRS for Sustainable Metallurgy – from Fundamentals to Engineering Materials (SusMet)
Abstract
Die vorgeschlagene IMPRS-SusMet wird sich mit grundlegenden Fragen auf dem neu entstehenden Gebiet der nachhaltigen Metallurgie befassen und diese beantworten. Die Metallurgie ist eine der wichtigsten Grundlagen der modernen Gesellschaft und hat die Menschheit seit mehr als fünf Jahrtausenden, seit Beginn der Bronzezeit, mit Werkstoffen, Werkzeugen und dem damit verbundenen Fortschritt versorgt. In der Vergangenheit war die Forschung in der Metallurgie hauptsächlich darauf ausgerichtet, neue Legierungen zu erfinden, die mechanischen Eigenschaften durch Gefügeanpassung zu verbessern und die Kosten zu senken. Die riesige Jahresproduktion von heute etwa 2 Milliarden Tonnen metallischer Werkstoffe ist nicht nur eine technische Erfolgsgeschichte, sondern auch die größte einzelne industrielle Umweltbelastung unserer Generation geworden. Die gegenwärtigen großen gesellschaftlichen Herausforderungen in den Bereichen Nachhaltigkeit, Energie, Verkehr, Gesundheit und Umweltverschmutzung erfordern daher grundlegende und bahnbrechende Innovationen auf dem Gebiet der Metallurgie. Schlüsselthemen, die in diesem Zusammenhang angegangen werden müssen, sind (i) die Primärsynthese, die z. B. bei Stählen eine der größten globalen Quellen für Treibhausgasemissionen ist, (ii) die Sekundärsynthese (Recycling), (iii) die Verlängerung der Betriebs- und Nutzungsdauer und damit zusammenhängend (iv) die Verhinderung und Verringerung umweltbedingter Schädigungen (z. B. Korrosion). Diese Herausforderungen betreffen nicht nur Massenprodukte wie Stahl und Aluminium, sondern auch seltene Materialien wie Kupfer und Lithium sowie Kobalt und seltene Erden.
DIMENSION
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DIMENSION
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CENIDE Forschungs
schwerpunkt: -
Funktionsmaterialien für Energieanwendungen
- Förderung :
- 2022 - 2024
- Kontakt:
-
Christof Schulz (Antragsteller)
Doris Segets (Antragstellerin)
Corina Andronescu (Antragstellerin)
Harry Hoster (Antragsteller)
Marion Franke (Koordination)
- Website:
- https://materials-chain.com/research/dimension/
Abstract
DIMENSION ist ein dreijähriges, vom Mercator Research Center Ruhr (MERCUR) gefördertes Forschungsprojekt zu neuen Funktionsmaterialien für die Energieumwandlung. Mit der fortschreitenden Transformation des Energiesystems hin zu Ökostrom gewinnen elektrochemische Prozesse eine zentrale Bedeutung. Die bisher eingesetzten Materialien, zum Beispiel für Elektrolyseure und Brennstoffzellen, sind teuer und ausgereizt. Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler der Universität Duisburg-Essen, der Ruhr-Universität Bochum und anderer Einrichtungen haben sich deshalb zum Ziel gesetzt, neue und leistungsfähige elektrochemische Materialien zu entwickeln.
MAT4HY.NRW
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MAT4HY.NRW
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CENIDE Forschungs
schwerpunkt: -
Funktionsmaterialien für Energieanwendungen
- Förderung :
- 2023 - 2027
- Kontakt:
-
Doris Segets (Projektbeteiligte)
- Website:
- https://www.mat4hy.de/
Abstract
Der Einsatz und die Effizienz von Wasserelektrolyseuren sind entscheidend für die zukünftige Versorgung mit Wasserstoff und damit zentral für das Gelingen der Energiewende. Aufgrund der hohen Leistungsdichten und der Möglichkeit des diskontinuierlichen Betriebs spielen Membran-Elektrolyseure in vielen Anwendungsszenarien eine zentrale Rolle. Das effiziente Ineinandergreifen der Bausteine der Wertschöpfungskette bei der Herstellung von Elektrolyseuren ist für die Wirtschaftlichkeit der Endanwendung von großer Bedeutung. Bausteine mit hohem Entwicklungs- und Transferpotential sind u.a. Elektrodenmaterialien, bei denen eine Verringerung des Edelmetalleinsatzes bzw. deren Substitution angestrebt wird. Materialentwicklung und -herstellung sowie Systemintegration müssen mit dem grundlegenden Verständnis der Elektrochemie verzahnt werden. Die Kooperationsplattform zielt auf die nachhaltige Stärkung und Ausbau von bestehenden, thematisch fokussierten sowie standortübergreifenden Vernetzungen der Partner und beteiligter Unternehmen entlang der Wissens- und Wertschöpfungskette ab. Dies erhöht das Potenzial, neben der Endanwendung „Elektrolyseur“ auch materialspezifische Erkenntnisse im Bereich der Materialsynthese und -verarbeitung bzw. der Elektrochemie in die Wirtschaft zu transferieren. Ziel ist es, Lösungen für unternehmensspezifische Fragestellungen zu finden.
Natural Water to Hydrogen
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Natural Water to Hydrogen
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CENIDE Forschungs
schwerpunkt: -
Funktionsmaterialien für Energieanwendungen
- Förderung :
- 2023 - 2026
- Kontakt:
-
Corina Andronescu (Koordination)
- Website:
- https://www.uni-due.de/water2h2/
Abstract
„Natural Water to Hydrogen“ wird ein neues Forschungsprofil an der UDE begründen, in welchem die Forschungsfelder „Wasserforschung“ und „Wasserstoff“ synergetisch gebündelt werden. Konkret erzielt das Projekt die Steigerung der Nachhaltigkeit der Wasserstoffproduktion durch Anionenaustauschmembran (AEM)-Wasserelektrolyse. Es soll erstmals ein grundlegendes Verständnis gewonnen werden, wie Wasserqualität, Elektroden und Membranen sich gegenseitig beeinflussen. Anhand von organischen und anorganischen Leitsubstanzen wird quantifiziert, wie/inwieweit Wasser vor und während der Elektrolyse gereinigt werden muss. Das neue Forschungsprofil wird die UDE-Schwerpunkte Wasserforschung und Nanowissenschaften (Katalyse) im Themenfeld "Natural Water to Hydrogen" bündeln.