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NanoEnergieTechnikZentrum: Eine Chance für nachhaltige Energieversorgung und eine Chance für NRW

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NanoEnergieTechnikZentrum: Eine Chance für nachhaltige Energieversorgung und eine Chance für NRW. Energie ist das Thema der Zukunft Sicherung einer nachhaltigen Energieversorgung nur durch Maßnahmenbündel Energieerzeugung Energiespeicherung Energieeffizienz

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Presentation Transcript
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NanoEnergieTechnikZentrum:

Eine Chance für nachhaltige Energieversorgungund eine Chance für NRW

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Energie ist das Thema der Zukunft

Sicherung einer nachhaltigen Energieversorgung nur durch Maßnahmenbündel

Energieerzeugung

Energiespeicherung

Energieeffizienz

Es wird ein Megamarkt für nachhaltige Energietechniken entstehen

Deutsche Wirtschaft muss Vorreiterrolle übernehmen

Thesen: Energieforschung

CeNIDE, Universität Duisburg-Essen, Dr. Alina Leson

evolution re und revolution re forschung
Verbesserung bestehender und völlig neue

CeNIDE, Universität Duisburg-Essen, Dr. Alina Leson

Evolutionäre und revolutionäre Forschung
  • Materialien,
  • Methoden,
  • Systeme und
  • Verfahren

... beispielsweise durch intelligenten Einsatz von

Nanomaterialien

warum nanomaterialien
CeNIDE, Universität Duisburg-Essen, Dr. Alina Leson

Eine neue Dimension

zum Maßschneidern von Materialien

Größe / Form

Warum Nanomaterialien ?

Über die chemische Zusammensetzung hinaus ...

ma schneidern
CeNIDE, Universität Duisburg-Essen, Dr. Alina LesonMaßschneidern

Gold ...

... ist nicht gleich Gold!

Und Silizium

ist nicht gleich Silizium.

nano f r energie
CeNIDE, Universität Duisburg-Essen, Dr. Alina LesonNano für Energie?
  • Zahlreiche, wirtschaftlich relevante Energie-Wandlungsprozesse finden an Grenz- und Oberflächen statt
  • Nanomaterialien sind daher wegen Ihres großen Oberfläche- zu Volumenverhältnisse für die Energietechnologie von besonderem Interesse!
bertragung in die anwendung
Für Nanomaterialien sind hervorragende Eigenschaften nachgewiesen!

Breites Anwendungsspektrum im Bereich der Energietechnik tut sich auf!

CeNIDE, Universität Duisburg-Essen, Dr. Alina Leson

Übertragung in die Anwendung
  • Dilemma:
  • Verfügbarkeit häufig nur in geringsten Mengen
  • Fragestellung der industriellen Verarbeitbarkeit lassen sich nicht untersuchen
  • Mögliche Anwendungen liegen brach, weil nicht die gesamte Herstellungskette untersucht werden kann
  • Strategie:
  • Vergrößere Anlagen in den Technikumsmaßstab
  • Sicherstellen von Arbeitssicherheit und Nachhaltigkeit
  • Bereitstellung von Nanomaterialien für die Produktentwicklung
  • Weiterentwicklung der Verfahren und Herstellungsprozesse
phase 1 landesprojekt
NanoEnergieTechnikZentrum: Funktionale Nanopartikel-Kompositmaterialien für energietechnische Anwendungen

Beteiligung am Wettbewerb NanoMikro&Werkstoffe.NRW (4.2008)

Projektstart 7.2009

Laufzeit: 3 Jahre, Budget ca. 12 Mio€

Partner (aktueller Stand):

Institut für Energie- und Umwelttechnik e.V., IUTA

Zentrum für BrennstoffzellenTechnikGmbH

Max-Planck-Institut für Kohlenforschung, Mülheim

WWU Münster

diverse Unternehmen (LoI)

Phase 1: Landesprojekt

CeNIDE, Universität Duisburg-Essen, Dr. Alina Leson

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Strategie

  • Entwicklung einer übergreifenden Technologie-Plattform
  • Realisierung spezifischer, Nano-basierter Systeme mit starken Partnern aus Industrie und Forschungseinrichtungen

Synthese

Nanopartikel

CeNIDE, Universität Duisburg-Essen, Dr. Alina Leson

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P1: Nanopartikelsynthese

  • Synthese von Nanopartikel variabler Zusammensetzung, Größe und Morphologie
  • Gasphasensynthese bietet Materialien in technisch interessantem Mengenmaßstab und mit hoher Reinheit
  • Aufbau von Verfahren zur Spraypyrolyse und deren Integration in die Plasmasyntheseanlage
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Strategie

  • Entwicklung einer übergreifenden Technologie-Plattform
  • Realisierung spezifischer, Nano-basierter Systeme mit starken Partnern aus Industrie und Forschungseinrichtungen

Formulierung Hybrid-Materialien

Funktionalisierung

Synthese

Nanopartikel

CeNIDE, Universität Duisburg-Essen, Dr. Alina Leson

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P2: Funktionalisierung, Formulierung, Hybride Materialien

  • Funktionalisieren in der Gasphase
  • Nasswäsche der Partikel-beladenen Gasströmungen
  • Überführung in stabile Dispersionen zur Produktion
  • Pyrolyse von beladenen NP-Polymeren
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Strategie

  • Entwicklung einer übergreifenden Technologie-Plattform
  • Realisierung spezifischer, Nano-basierter Systeme mit starken Partnern aus Industrie und Forschungseinrichtungen

Beschichtung

Immobilisierung Verarbeitung

Formulierung Hybrid-Materialien

Funktionalisierung

Synthese

Nanopartikel

CeNIDE, Universität Duisburg-Essen, Dr. Alina Leson

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P3: Beschichtung, Immobilisierung, Verarbeitung

  • Drucken von Pasten/Schichten
  • Pressen von Pulvern
  • Tempern / Lasersintern von Schichten
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Strategie

  • Entwicklung einer übergreifenden Technologie-Plattform
  • Realisierung spezifischer, Nano-basierter Systeme mit starken Partnern aus Industrie und Forschungseinrichtungen

Thermoelektrik Brennstoffzellen Batterietechnik

Beschichtung

Immobilisierung Verarbeitung

Formulierung Hybrid-Materialien

Photovoltaik Katalysatoren

Funktionalisierung

Synthese

Nanopartikel

CeNIDE, Universität Duisburg-Essen, Dr. Alina Leson

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Zentrum für Brennstoffzellentechnik

  • Anwendungsprojekt A1: Brennstoffzellen
  • a) Langzeitstabilität von Katalysatorträgermaterialien:
  • Membranbrennstoffzellen nutzen nanoskalige Platinpartikel als Katalysatoren
  • Ziel, die Pt-Menge bei gleich bleibender elektrochemischer Aktivität zu minimieren.
  • Wichtig: Alterungsverhalten der Elektroden
    • erhöhte Temperaturen und wechselnde Potentiale der Elektroden lassen Pt-Partikel auf der hydrophoben Kohlenstoffschicht wandern und agglomerieren
  • Verlust von katalytisch aktiver Fläche

CeNIDE, Universität Duisburg-Essen, Dr. Alina Leson

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Zentrum für Brennstoffzellentechnik

  • Anwendungsprojekt A1: Brennstoffzellen
  • a) Langzeitstabilität von Katalysatorträgermaterialien:
  • Ziel: langzeitstabile Elektroden mit möglichst geringer Edelmetallbeladung (<0,1 mg/cm2 Pt) zu entwickeln, die trotzdem höchste Leistungsdichten generieren.
  • Ansatz: Strukturierung der Katalysatorträgermaterialien gezielt variieren
  • elektrisch leitfähige Trägermaterialien mit nanoskaligen Ankerpunkten zu versehen, welche die Edelmetallpartikel stabilisieren und deren Agglomeration verhindern.

CeNIDE, Universität Duisburg-Essen, Dr. Alina Leson

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Zentrum für Brennstoffzellentechnik

  • Anwendungsprojekt A1: Brennstoffzellen
  • b) Oberflächenmodifikation :
  • Problem:
  • - In PEM-Brennstoffzellen liegt ein Teil des erzeugten Wassers flüssig vor
  • - Die am ZBT in Entwicklung befindlichen Mikrobrennstoffzellen müssen dagegen einen passiven Wasseraustrag realisieren.
  • Ansatz: Strukturen und Oberflächen in der Brennstoffzelle müssen so gestaltet werden, dass die Elektroden weitgehend frei von flüssigem Wasser bleiben.

CeNIDE, Universität Duisburg-Essen, Dr. Alina Leson

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Zentrum für Brennstoffzellentechnik

  • Anwendungsprojekt A1: Brennstoffzellen
  • b) Oberflächenmodifikation :
  • Ziel: Durch eine Nanostrukturierung sollen die Oberflächeneigenschaften der Gasdiffusionslage und der Bipolarplatten gezielt variiert werden.
  • Durch aufeinander abzustimmende Gradienten von Porosität und Hydrophilie kann ein passiver Abtransport des Wassers unterstützt werden.

CeNIDE, Universität Duisburg-Essen, Dr. Alina Leson

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Strategie

  • Entwicklung einer übergreifenden Technologie-Plattform
  • Realisierung spezifischer, Nano-basierter Systeme mit starken Partnern aus Industrie und Forschungseinrichtungen

Thermoelektrik Brennstoffzellen Batterietechnik

Beschichtung

Charakterisierung,

Messtechnik

Alterungs-, Stabilitäts-

Untersuchungen

Immobilisierung Verarbeitung

Formulierung Hybrid-Materialien

Photovoltaik Katalysatoren

Funktionalisierung

Charakterisierung

Simulation

Nachhaltigkeit

Sicherheit

Synthese

Nanopartikel

Prozessüberwachung,

Sicherheit

Theorie, Modelle,

Simulation

CeNIDE, Universität Duisburg-Essen, Dr. Alina Leson

phase 2 forschungsbau
Beteiligung Forschungsbau-Ausschreibung

Vollversion genehmigt 5/2009,

Baubeginn: Frühjahr 2010, Bezug Frühjahr 2012

Budget ca. 45 Mio.€

Ziele

Bau und Bezug eines eigenen Forschungsgebäudes

Schwerpunkt auf interdisziplinäre Zusammenarbeit

Abbildung der Prozessketten in spezifischen Labors

Aufbau gemeinsam genutzter Einrichtungen zur Charakterisierung

Phase 3

Ausgründungen

Weitere lokale und regionale Vernetzung

DAS Zentrum für NanoEnergie

CeNIDE, Universität Duisburg-Essen, Dr. Alina Leson

Phase 2: Forschungsbau
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CeNIDE, Universität Duisburg-Essen, Dr. Alina Leson
  • Hauptnutzfläche: ca. 3.900 m2
  • 5 Büroetagen mit insgesamt 66 Büros
  • 4 Laboretagen mit insgesamt 36 Laboren, Mikroskopiezentrum mit 5 baulich entkoppelten Spezialräumen
  • Mitarbeiter:120 Forscher aus den Fakultäten für Chemie, Ingenieurwissenschaften und Physik sowie Forscher der kooperierenden Einrichtungen
vielen dank f r ihre aufmerksamkeit

Vielen Dank fürIhre Aufmerksamkeit

www.cenide.de

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