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SPP 2289: Gestaltung von Synergien in maßgeschneiderten Mischungen heterogener Pulver: Hetero-Aggregationen partikulärer Systeme und deren Eigenschaften
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SPP 2289: Gestaltung von Synergien in maßgeschneiderten Mischungen heterogener Pulver: Hetero-Aggregationen partikulärer Systeme und deren Eigenschaften
- Förderung :
- Seit 2021
- Kontakt:
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Christof Schulz (Projektbeteiligter)
- Website:
- https://gepris.dfg.de/gepris/projekt/441399220?language=de
Abstract
Das Mischen von dispersen Systemen (Partikeln und Pulvern) ist eine traditionelle Unitoperation der Verfahrenstechnik. Die Anwendungen von gemischten partikulären Systemen reichen von der Verarbeitung von Lebensmitteln, pharmazeutischen und chemischen Substanzen bis hin zur Materialverarbeitung und Werkstofftechnik. Das funktionelle Mischen verschiedener Partikeltypen (Heteroaggregation) hat das Potenzial, herausragende neue Eigenschaften von dispersen Produkten zu erzeugen, die von der Mischungszusammensetzung und von verschiedenen sekundären Prozessbedingungen abhängen. Dabei kann eine neue Produkteigenschaft durch den direkten Kontakt verschiedener Partikel (Heterokontakt) und damit durch die entstehende Grenzfläche zwischen den jeweiligen Teilkomponenten entstehen. Viele Anwendungen haben gezeigt, dass diese Heterokontakte von grundlegender Bedeutung für bestimmte funktionelle Eigenschaften sind. In den meisten Fällen resultieren die neuen Eigenschaften aus der Übertragung von Ladungen, Masse, Wärme, Kräften oder Momenten, ohne dass es einer chemischen Reaktion der Komponenten bedarf. Die Qualität eines solchen Partikelgemisches hängt also direkt mit den Kontaktstellen und Grenzflächen der verschiedenen Partikel und den Details der Wechselwirkung zwischen ihren Spezies im Kontakt zusammen. Die neue Eigenschaft aus der Kontaktzone steuert die Material- und Produkteigenschaften des gesamten Systems, das im Kontext des SPP als Heterokontakt bezeichnet wird. Direkte Informationen über die Qualität des Heterokontakts (z. B. Anzahl der Kontakte, Transporteigenschaften zwischen verschiedenen Partikelsorten) könnten daher die Basis für eine grundlegende Beschreibung der neuen Eigenschaften des Partikelgemischs. Gleichzeitig muss der Heteroaggregationsprozess zur Erzeugung solcher Heterokontakte untersucht und kontrolliert werden. In den verbleibenden drei Jahren des SPP konzentriert sich die Forschung verstärkt auf spezifische Materialfunktionen der heteroaggregierten partikulären Systeme, die nachgewiesen und mit den Prozessparametern verknüpft werden. Dieser Schwerpunkt stellt wiederum besondere Anforderungen an angepasste Prozessmess- und -regeltechniken sowie an die Material- und Partikelcharakterisierung. Im Einzelnen ergeben sich die folgenden Ziele: - Nutzung der bisherigen Erkenntnisse für mehrstufige Prozesse zur Erzeugung von Hetero-Aggregaten mit integrierter Prozessführung. Dazu gehören Aerosolprozesse zur definierten Erzeugung von Heteroaggregaten, mit einer adäquaten Prozessdiagnostik zur Detektion von Mischungsvorgängen. - Nutzung und Kopplung verschiedener CFD-, Partikel- und Reaktionsmodelle und Aufbau einer ganzheitlichen Simulationsumgebung zur Auslegung von Materialfunktionen. - Etablierung von Standardverfahren zur Charakterisierung von Heteroaggregaten im Submikrometerbereich unter Nutzung von Probenzügen aus schnellen Aggregationsprozessen und tomographischen Methoden zur Charakterisierung von Heteroaggregaten.
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.
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:
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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.
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:
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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.
MAT4HY.NRW
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MAT4HY.NRW
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CENIDE Forschungs
schwerpunkt: -
Funktionsmaterialien für Energieanwendungen
- Förderung :
- 2023 - 2027
- Kontakt:
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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.
Leitprojekt H2Giga
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Leitprojekt H2Giga
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CENIDE Forschungs
schwerpunkt: -
Katalyse
Funktionsmaterialien für Energieanwendungen
- Förderung :
- Seit 2021
- Kontakt:
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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.
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:
-
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.
GRK 2803: Scalable 2D-Materials Architectures (2D-MATURE): Synthesis and Processing, Characterization and Functionality, Implementation and Demonstration
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GRK 2803: Scalable 2D-Materials Architectures (2D-MATURE): Synthesis and Processing, Characterization and Functionality, Implementation and Demonstration
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CENIDE Forschungs
schwerpunkt: -
Dynamische Prozesse in Festkörpern
Gasphasensynthese von Nanomaterialien
Funktionsmaterialien für Energieanwendungen
- Förderung :
- Seit 2022
- Kontakt:
-
Gerd Bacher (Sprecher UDE)
Michael Pope (Sprecher University of Waterloo)
- Website:
- https://2d-mature.org/
Abstract
Zweidimensionale (2D) Materialien mit Graphen und Übergangsmetall-Dichalkogeniden (TMDCs) als prominenteste Vertreter haben außergewöhnliche Eigenschaften, die für eine Vielzahl von elektronischen Anwendungen von großem Interesse sind. Zu den bestehenden Synthese- und Verarbeitungsmethoden im Labormaßstab gehören die chemische Synthese und Exfoliation von mikrometer-großen 2D Flocken mit funktionalisierten Oberflächen, die durch Druck- und Beschichtungstechniken weiterverarbeitet werden können, sowie die chemische Gasphasenabscheidung (CVD) für Wafer-große, ausgedehnte 2D Materialien, die als synthetisierte Materialien verwendet oder auf beliebige, sogar flexible Zielsubstrate transferiert werden können. Die technologische Umsetzung hinkt jedoch weit hinterher, da sowohl bei den skalierbaren Verarbeitungstechnologien und Bauelementarchitekturen als auch beim grundlegenden Verständnis der damit verbundenen Grenzflächenphänomene eine große Lücke existiert.Das Hauptziel des DFG-Graduiertenkollegs / NSERC Collaborative Research and Training Experience Scalable 2D-Materials Architectures (2D-MATURE) ist es, eine kombinierte Sicht auf skalierbare Synthese- und Verarbeitungswege für 2D Materialeinheiten – 2D Flocken und ausgedehnte 2D Materialien – zu etablieren, ihre unkonventionelle Kombination und Implementierung in anwendungsorientierte, skalierbare Architekturen voranzutreiben und ein tiefgehendes Verständnis der Grenzflächenfunktionalität zu entwickeln, um ihre Anwendbarkeit in exemplarischen elektronischen Bauteilen zu ermöglichen und zu testen.2D-MATURE wird diese Herausforderungen unter zwei Aspekten angehen:i) Durch das Forschungsprogramm wird das Team aus Nachwuchs- und etablierten Wissenschaftler*innen• skalierbare Synthese- und Verarbeitungswege für 2D Materialien mit hoher Ausbeute und Kontrolle entwickeln,• ihre Grenzflächenfunktionalität charakterisieren, verstehen und manipulieren,• die 2D Materialien und ihre Kombinationen in realistische Bauelementarchitekturen implementieren und ihr Potenzial in exemplarischen elektronischen Bauteilen demonstrieren.ii) Durch das Ausbildungsprogramm wird die nächste Generation von Wissenschaftler*innen in einem interdisziplinären, internationalen und intersektoralen Umfeld ausgebildet, das Wissen und Fähigkeiten vermittelt, die von der akademischen Welt und der Industrie am Arbeitsplatz 4.0 sehr gefragt sind.Diese Aufgaben werden von einem Team von Principal Investigators (PIs) aus Elektrotechnik, Verfahrenstechnik, Maschinenbau, Physik und Chemie der Universität Duisburg-Essen und der University of Waterloo (Kanada) durchgeführt, beides führende Zentren für Nanotechnologieforschung mit einer langen Tradition der Verbindung von Grundlagen- und Ingenieurwissenschaften. Das Team wird durch einen PI der RWTH Aachen ergänzt. 2D-MATURE wird die Expertise und die Einrichtungen dieser Institutionen nutzen und bestehende Partnerschaften mit industriellen Einrichtungen weiterentwickeln.
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:
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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.
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.
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:
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Hartmut Wiggers (Projektbeteiligter)
- Website:
- https://eitrawmaterials.eu/knowledge-innovation/all-projects
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.
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.
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.