Die Nanostrukturierung von Materialien erlaubt die Erschließung neuer Kombinationen von physikalischen Eigenschaften. In diesem Themenbereich stehen in der Arbeitsgruppe aktuell vor allem nanoporöse Materialien auf Sol-Gel-Basis im Vordergrund, die sowohl eine dreidimensional vernetzte Festkörperphase als auch eine dreidimensional verknüpfte Porenphase besitzen. Einstellbare Größen in Hinblick auf unterschiedliche Anwendungen sind die chemische Zusammensetzung der Festkörperphase (aktuell: Silica, organische/anorganische Hybride, organische Materialien und daraus abgeleitete Kohlenstoffe), die Gesamtporosität, die mittlere Porengröße bzw. die Porengrößenverteilung, die spezifische Oberfläche und die Eigenschaften vorhandener Mikroporen (< 2 nm).
Die Arbeitsgruppe Nanomaterialien beschäftigt sich in diesem Umfeld mit folgenden Themen:
Ansprechpartner:
Gruppenleiterin:
Dr. Gudrun Reichenauer
Magdalene-Schoch-Straße 3
97074 Würzburg
Tel.: +49 931 70564-328
Fax: +49 931 70564 -600
gudrun.reichenauer@zae-bayern.de
Stellv. Gruppenleiter:
Dr. Christian Scherdel
Magdalene-Schoch-Straße 3
97074 Würzburg
Tel.: +49 931 70564-315
Fax: +49 931 70564 -600
christian.scherdel@zae-bayern.de
Link zum Gruppenflyer
Bereitstellung von Modellmaterialien
Post-Treatment
Strukturelle Charakterisierung
Ermittlung von
Elektrochemie
Sonstiges
Synthese
Strukturelle Charakterisierung
Wasseraufnahme & Gastransport
Elektrochemie
Weitere Analytik
Vor allem durch Wolkenbewegung hervorgerufene Fluktuationen der solaren Einstrahlung sind unvermeidlich, stellen aber für die Photovoltaik ein Problem dar, da sie einerseits die Leistungselektronik belasten und andererseits die Netzstabilität negativ beeinflussen können.
Ziel des Projekts ist deshalb die Entwicklung einer Wandler-Speicher-Einheit, bestehend aus Photovoltaik (PV)-Modulen und Kurzzeitspeichern, die Leistungsschwankungen von PV-Anlagen im Bereich von Sekunden bis Minuten deutlich glätten und somit erneuerbare Energien in netzdienlicher Qualität bereitstellen soll.
Das neue Speichersystem setzt sich zusammen aus Photovoltaikmodulen sowie darauf angepassten ultraschnellen elektrischen Kurzzeitspeichern und Regelelektronik mit Wechselrichter. Nach einer dreijährigen Entwicklungs- und Optimierungsphase auf Laborebene soll das neue System in Form einer Demonstrationsanlage im Netz installiert und in einer einjährigen Monitoringphase unter Realbedingungen bewertet werden.
BMWi-Projekt (Förderkennzeichen: 03EI4021A - NetPVStore)
Ansprechpartner:
Dr. Gudrun Reichenauer, gudrun.reichenauer@zae-bayern.de
Dipl.-Phys. Stephan Braxmeier, stephan.braxmeier@zae-bayern.de
Aerogele sind nanoporöse Materialien mit interessanten Eigenschaften für Anwendungen in den Bereichen Wärmedämmung, Elektroden, Katalyse, Filter und Adsorber, Drug-Delivery und vielen mehr. Die besonderen Eigenschaften dieser Materialien stellen aber auch große Ansprüche an etablierte Methoden zur Charakterisierung bezüglich Struktur und Wärmeleitfähigkeit.
Der aktuell international vorhandene Mangel an zuverlässiger Analytik bewirkt, dass die Materialentwicklung im Hinblick auf bestimmte Anwendungsfelder teilweise blind erfolgt. Die Möglichkeiten in der spezifischen Anwendung können entsprechend nicht voll ausgeschöpft werden. Außerdem entstehen so beim Vergleich von Messungen unzulässige Verzerrungen aufgrund falsch erhobener Daten.
Im Rahmen des Projekts soll das derzeit drängendste Problem nachhaltig behoben werden: Änderungen in Synthesevorschriften können nicht zuverlässig mit resultierenden strukturellen Eigenschaften oder Wärmeleitfähigkeiten verknüpft werden. So soll, durch nachvollziehbare und reprozierbare Kenndaten auf Produktebene, auch das Vertrauen in Aerogel-Werkstoffe gestärkt werden.
Unterauftrag im Rahmen des BMWi-Projekts THEA, DLR
Ansprechpartner:
Dr. Gudrun Reichenauer, gudrun.reichenauer@zae-bayern.de
Dipl.-Phys. Stephan Braxmeier, stephan.braxmeier@zae-bayern.de
Redox-Flow-Batterien sind wartungsarme elektrische Speicher, die sich dadurch auszeichnen, dass maximal speicherbare Energie und Leistung in einem Speicher unabhängig voneinander ausgelegt werden können. Der Fokus des Projekts liegt auf der Hauptkomponente von Redox-Flussbatterien, der Wandlereinheit, u. a. bestehend aus Elektroden und darauf angepasstem Flussrahmen. Sowohl Simulationen als auch Messungen an neu entwickelten Elektroden mit hoher Reaktionsoberfläche zeigen, dass bei deren Einsatz in einer Standard-Redox-Flow-Batterie ein überraschend großer Anteil des Elektroden-Volumens von 70 bis 80 % nicht für die Redox-Reaktion genutzt wird. Deshalb sollen angepasste Elektroden mit zum Stand der Technik vergleichbarer Leistungsdichte entwickelt und die Prozessierung dieser Elektroden optimiert werden. Außerdem werden neuartige Führungen der Elektrolytströmung betrachtet und das Stackdesign auf die Elektroden angepasst. Die erzielbare Reduktion des eingesetzten Elektrodenmaterials bei verbesserter Performance des Stacks erlaubt einen kompakteren Stack-Aufbau, eine signifikante Reduktion der Systemgröße, eine deutliche Kostenreduktion für das Batteriesystem und somit eine Verbesserung der Marktfähigkeit dieser Speichertechnologie.
BMWi-Projekt (Förderkennzeichen: 032 5914, ELVABATTslim)
Ansprechpartner:
Dr. Gudrun Reichenauer, gudrun.reichenauer@zae-bayern.de
Dr. Matthias Wiener, matthias.wiener@zae-bayern.de
Wir betreiben angewandte Forschung an der Schnittstelle zwischen Grundlagen und Industrie. Dort entwickeln wir Methoden und Systeme, die durch intelligente und effiziente Nutzung erneuerbarer Energien CO2-Neutralität ermöglichen und so dem Klimawandel entgegenwirken.
