Das Projekt "Photochemie organischer Komplexe von Übergangsmetallionen (TMI) in troposphärischen Aerosolen und Wolken" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Deutsche Forschungsgemeinschaft durchgeführt. Seit 1992 und dem ersten Erdgipfel haben verschiedene Länder erkannt, dass durch menschliche Aktivitäten das Klima stark beeinflusst wird, und sie planten, dieses Problem im Rahmen einer internationalen Konvention anzugehen. So brachten COPs (Conference of parties) viele Länder unter der Schirmherrschaft der Vereinten Nationen zusammen, um sich gegenseitig zu verpflichten, dieses Problem zu lösen. Bevor jedoch sinnvolle Maßnahmen ergriffen werden können, ist es wichtig, dass sich Wissenschaftler auf der ganzen Welt zusammentun, um für die Politik nützlichen Daten bereitzustellen. In diesem Zusammenhang wird das REACTE-Projekt vorgeschlagen, an dem international anerkannte französische und deutsche Forscher in jeweils sehr komplementären wissenschaftlichen Bereichen tätig sind.Die Atmosphäre ist ein komplexes und hoch reaktives System, in dem viele bio-physikochemische Prozesse ablaufen. Deshalb ist es von entscheidender Bedeutung, dieses System gut zu verstehen und zu wissen, wie es sich als Reaktion auf die verschiedenen Belastungen entwickelt, denen es ausgesetzt ist. Einer der wichtigsten Punkte ist daher die Kenntnis der Reaktionsfähigkeit eines solchen Systems in Abhängigkeit von den vorhandenen Spezies. Redoxreaktionen gehören zu den wichtigsten Transformationspfaden, die berücksichtigt werden müssen, um die Entwicklung der Atmosphäre besser zu verstehen. Das REACTE-Projekt konzentriert sich auf die (Photo-) Chemie von Übergangsmetallen (TMIs), die eine Hauptquelle für hochreaktive Spezies in Aerosolen und der wässrigen Phase troposphärischer Wolken darstellt. Tatsächlich gibt es derzeit nur sehr wenige Daten über die genaue Rolle und Reaktivität dieser Metalle, die derzeit fast ausschließlich in freier Form betrachtet werden, während bekannt ist, dass sie in natürlicher Umgebung als Komplexe vorliegen. Das REACTE-Projekt konzentriert sich auf die Beantwortung folgender Fragen: i) Wie beeinflusst die Komplexierung von TMIs deren Photoreaktivität, deren Redoxreaktionen und/oder die "Fenton"-Typ-Reaktionen mit H2O2? ii) Welche reaktiven Spezies werden mit diesen Reaktionen assoziiert, H2O2, HyOx Radikale und ihre jeweiligen Bildungsausbeuten? Welchen Einfluss haben sie auf die Oxidationskapazität der Atmosphäre und damit auf die chemische Zusammensetzung im Allgemeinen? Diese Ergebnisse werden in einen Modellmechanismus zu Prozessierung von chemischen Radikalreaktionen in wässriger Phase (CAPRAM) implementiert werden, um den Einfluss auf die Transformation organischer Stoffe, die HOx-Bilanz und den Oxidationszustand von TMIs in atmosphärischen Tröpfchen oder Aerosolen vorherzusagen. Das REACTE-Projekt verbindet komplementäre wissenschaftliche Kompetenzen, und ermöglicht damit die TMIs-Komplexchemie besser zu verstehen, sowie ihren Einfluss auf die Atmosphärenchemie zu erfassen. Es wird Daten liefern, um die Auswirkungen auf das Klima bzw. auf die Luftverschmutzung zu verstehen und abzuschätzen, welche derzeit stark unterschätzt werden.
Das Projekt "Aufklärung der Alterungsmechanismen neuartiger Kathodenaktivmaterialien via operando XAS/XES" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Technische Universität München, Lehrstuhl für Technische Elektrochemie durchgeführt. Für eine breite Anwendung von Lithiumionen Batterien in der Elektromobilität ist es erforderlich, die spezifische Kapazität der Kathodenaktivmaterialien (KAM) zu steigern, die KAM Materialkosten zu senken und den Kobaltgehalt zu reduzieren. Ansätze hierfür sind Ni-reiche NCMs sowie Li und Mn reiche NMCs (LMRNCMs), die aufgrund ihres geringen Nickelgehalts kostengünstiger sind und mittelfristig kobaltfrei realisierbar sein sollten. Da die Lebensdauer von stark Ni-reichen NCMs und von LMRN(C)Ms noch unzureichend ist, soll hier ein grundlegendes Verständnis von deren Alterungsmechanismen mittels Röntgenabsorptionsspektroskopie (XAS), kombiniert mit ab initio Berechnungen der XAS Spektren, erarbeitet werden: 1) Untersuchung der Auflösung von Übergangsmetallen (ÜM) und deren Abscheidung auf der Anode mittels in situ/operando XAS im Hartröntgenbereich (hXAS), wobei mit der entwickelten hXAS-Zelle der Röntgenstrahl auf die Anode fokussiert werden kann, um die XAS Spektren der abgeschiedenen ÜM-Spezies direkt messen zu können. Deren Identifizierung soll durch ab initio Berechnungen der Spektren und durch ex situ XAS Messungen im weichen Röntgenbereich (sXAS) ermöglicht werden, um so neue mechanistische Einblicke zum Einfluss der abgeschiedene Übergangsmetalle auf die SEI zu erhalten. 2) Da ein wichtiger Alterungsaspekt NCM und LMRNCM basierter Kathoden eine starke Zunahme der Kathodenimpedanz ist, die auf die Bildung von Spinell- und Rocksalt-Oberflächenphasen zurückzuführen ist, soll deren Bildung mittels ex situ sXAS und einer im Projekt zu entwickelnden operando sXAS Analytik quantifiziert werden. Weiterhin soll mittels operando sXAS die maßgeblich die Kapazität bestimmende Sauerstoff-Redoxaktivität von LMRNCMs untersucht werden. Hierbei wird erwartet, neue Impulse für die Weiterentwicklung von LMRN(C)M Materialien zu generieren.
Das Projekt "Teilprojekt: Weiterentwicklung und chemische Oberflächenmodifizierung des HE-NCM Kathodenmaterials und Entwicklung von hochvoltstabilen Elektrolyten und Elektrolytadditiven" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von BASF SE durchgeführt. Die Erhöhung der Energiedichte von Lithium-Batterien bei gleichen Kosten stellt einen der wichtigsten Punkte dar, die Reichweite von Elektrofahrzeugen zu vergrößern und somit der Elektromobilität zum Durchbruch zu verhelfen. Derzeit sind Fahrzeuge mit Zelltechnologien der Generationen 1 und 2 im Einsatz, die Kathoden basierend auf LFP, LMO, NCA) oder NCM verwenden. HE-NCM (ein Kathodenmaterial der 3. Generation) stellt ein lithium- und manganreiches Kathodenmaterial dar, dass sich aufgrund seiner hohen Kapazität von über 200 mAh/g sehr gut für Hochenergie-Lithium-Ionen-Zellen eignet. Zudem besitzt es einen Kostenvorteil, da Mangan ein gegenüber Kobalt gut verfügbarer Rohstoff ist. Jedoch befindet es sich noch nicht in einem marktreifen Entwicklungsstadium. In GO 3 wird die BASF HE-NCM unter verschiedenen Gesichtspunkten verbessern. Dies beinhaltet: - Weiterentwicklung des Kathodenmaterials durch Methoden der chemischen Modifizierung und eine Verbesserung der klassischen Materialbeschichtung. - Neuartige Beschichtungsmethoden, die auf der Wechselwirkung von organischen Komponenten mit der Oberfläche von Übergangsmetalloxiden beruhen. - Entwicklung von hochvoltstabilen Elektrolyten und Elektrolytadditiven. Sämtliche Arbeitspakete beinhalten sowohl die synthetischen, analytischen Aspekte, sowie umfassende elektrochemische Testung der Materialien in Labor-Zellformaten: - Zyklenstabilität und Impedanzaufbau (durch Bestimmung des flächenspezifischen Widerstands), Gasentwicklung und Kapazitätserhalt bei Ladezustand von 100% und Lagerung bei erhöhter Temperatur (z.B. 60°C) und Auflösungsverhalten von Übergangsmetallionen während Zyklisierung und Lagerung.
Das Projekt "Teilprojekt: Hochenergie-Lithium-Zellen Gen 3 für Automotive Anwendungen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Robert Bosch GmbH durchgeführt. Im Rahmen des Projektes 'Go3' liegt der Fokus auf der Darstellung eines 'proof of concept' (POC) einer energieoptimierten Lithium-Ionen Zelle mit einer Energiedichte - 800 Wh/L und niedrigeren Kosten (in Euro/kWh). Diese Technologie beruht auf dem Einsatz und Kombination von Silizium/Kohlenstoff-basierte Anoden, HE-NCM- und HV-Spinell-Kathoden, hochvoltstabilen Elektrolyten und einem abgestimmten Zelldesign. Das Vorhaben erstreckt sich von der Materialentwicklung bis hin zur Zellentwicklung. Im Erfolgsfall werden prismatische Hochenergiezellen größer als 50 Ah als Funktionsmuster gezeigt. - Zellchemieentwicklung HE-NCM Graphit - Entwicklung von Si-Anoden und Anwendung in NCM-111 Si-Zellen - Prelithiierung von Si-Anoden - Zellchemieentwicklung HE-NCM Si-Anode - Validierung Aktivmaterialien der Partner MEET und Jacobsuniversität Bremen - Sicherheitsuntersuchungen - Zellsimulation Gen 3 Zelle - Betriebsstrategie Hochenergiezelle HE-NCM Si-Anode - Batteriemanagement für Gen 3 Technologien - Option: Hochskalierung Gen 3 Zellchemie in großformatigen prismatischen Zellen - Eignungsprüfung für Automotive und stationäre Anwendungen.
Das Projekt "Vorhaben: Untersuchung zum Umsatzverhalten von neuartigen Katalysatoren zur Methanoxidation unter Druck" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von MAN Diesel & Turbo SE durchgeführt. In dem Teilvorhaben der MAN Diesel & Turbo SE werden auf Basis der Forschungsarbeiten des Fraunhofer UMSICHT edelmetallfreie, übergangmetallhaltige Wabenkatalysatoren unter Anwesenheit von NO2 zu deren Eignung für die edelmetallfreie Abgasnachbehandlung von Gasmotoren unter Druck untersucht. Dabei liegt spezielles Augenmerk auf dem Einfluss von NO und NO2 und deren Mischungs-verhältnis auf die Oxidation von CH4 (NO/NO2 Verhältnis wird unter Laborbedingungen eingestellt). Um eine Abschätzung der Langzeitstabilität von edelmetallfreien Abgaskatalysatoren und das Verständnis der Ursachen für die Desaktivierung zu präzisieren, werden die neuartigen Katalysatoren unter einer simulierten Abgasmischung während 100 Stunden gealtert und danach deren katalytische Aktivität untersucht. Die Ergebnisse des Vorhabens sollen anschließend in einem Folgeprojekt auf einen Versuchsmotor übertragen und validiert werden. Dabei müssen auch Lösungen erforscht werden, die not-wendige Abgaszusammensetzung über die Motorsteuerung einstellen zu können.
