Das Projekt "Graphene in LiBZ - Einsatz von Graphenen in der Energietechnik- Lithiumbatterien und Brennstoffzellen -" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Max-Planck-Gesellschaft zur Förderung der Wissenschaften, Max-Planck-Institut für Polymerforschung durchgeführt. Graphene haben das Potenzial, in energietechnischen Anwendungen wie in Li-Ionen-Batterien und Brennstoffzellen in wichtigen Komponenten wesentlich verbesserte Eigenschaften zu ermöglichen. Die aus einem hochgefüllten Polymer-Kohlenstoff-Komposit hergestellten Bipolarplatten sollen optimiert werden. Die Katalysatorschicht in einer PEM-BZ, in der Edelmetall-Nanopartikel auf Graphit als Katalysator verwendet werden, kann ebenfalls von den besonderen Eigenschaften der Graphene profitieren. Eine einfache Möglichkeit die positiven Eigenschaften von Graphenen für die Leistungssteigerung von Li-Ionen-Batterien zu nutzen, ist deren Verwendung als Additiv zur Steigerung der elektrischen Leitfähigkeit in den Elektroden. Am MPI sollen graphenbasierte Kompositmaterialien mit hoher elektrokatalytischer Aktivität entwickelt werden. Die chemische oder thermische Reduktion des Graphenoxids zum Graphen soll die Synthese von Graphen/Metallnanopartikel Kompositverbindungen ermöglichen. Zur Verbesserung der elektrochemischen Leistungsfähigkeit von Metallen und Metalloxiden soll ein Kompositmaterial aufgebaut werden, welches aus dünnen Lagen aus Graphen bzw. Metallen/Metalloxiden besteht. Zur Verbesserung der Anbindung der ionischen Phase (Elektrolyt) an die elektronische Phase (Graphitpartikel mit Katalysator) im Innern einer Brennstoffzelle sollen Moleküle hergestellt werden, die sowohl protonen- als auch elektronenleitend sind.
Das Projekt "EXIST-Forschungstransfer: PRECORS" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Forschungszentrum Jülich GmbH, Institut für Energie- und Klimaforschung (IEK), IEK-14: Elektrochemische Verfahrenstechnik durchgeführt. Das geplante Ausgründungsvorhaben aus dem Institut für elektrochemische Verfahrenstechnik IEK-3 (FZ Jülich) umfasst die Entwicklung und Herstellung eines neuartigen kohlenstoffbasierten Beschichtungsmaterials (Graphenoxid), das vielversprechende Anwendungen und a. in der Brennstoffzellentechnologie bietet. Erst mit einer sinnvollen Beschichtung können metallische Bipolarplatten in Brennstoffzellen eingesetzt werden. Dadurch eröffnen sich enorme Vorteile, wie Reduktion des Gewichts um 70 %, Verringerung des Volumens um 40 % sowie Kostensenkung um 50 % verglichen mit aktuell verwendeten graphitbasierten Bipolarplatten. Hierbei wurde der Proof of Principle bereits erfolgreich demonstriert und wurden das Produkt (mit Graphenoxid beschichtete Bipolarplatten) sowie das Herstellungsverfahren durch eine Patentanmeldung beim Deutschen Patent- und Markenamt geschützt. Zudem wird noch bis zum Proof of Concept (Assemblierung einer Brennstoffzelle mit unseren Bipolarplatten) ein maschinelles Beschichtungsverfahren geplant. Darüber hinaus gibt es noch weitere kommerziell vielversprechende Anwendungsmöglichkeiten, die während des EXIST-Forschungstransfers geprüft werden sollen. Optimierung der Synthese und Ultraschalldispergierung von Graphitoxid: Für größere Mengen muss sowohl der chemische Syntheseweg angepasst als auch die Ultraschallbehandlung optimiert werden. Verbesserung der Haftung auf Substrat: Durch geeignete Vorbehandlungsschritte und durch eine gezielte Materialauswahl wird die Haftung zwischen GO-Schichten und Metallsubstrat untersucht und gesteigert. Verständnis des Reduktionsschrittes und Erhöhung der Leitfähigkeit: Mögliche Reduktionsschritte (thermisch, elektrochemisch und Laser-induziert), die zu einer Rückbildung des konjugierten Elektronensystems der Molekülstruktur führen, werden näher untersucht. Zudem ist die Einführung eines maschinellen Beschichtungsverfahrens geplant, der eine reproduzierbare Beschichtung von 300 - 500 cm2 großen Bipolarplatten ermöglicht.
Das Projekt "ELAGRA - Elastomerkomposite auf Basis von Graphenen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Leibniz-Institut für Polymerforschung Dresden e.V. durchgeführt. Das Gesamtziel im Rahmen dieses Vorhaben ist die Entwicklung neuer innovativer Elastomerkomposite auf Graphen-Basis, um beispielsweise im Automobilbereich die Funktionalitäten von Reifen und technischen Elastomerprodukten (z.B. Lager, Luftfedern, Schläuche, usw.) mit Hilfe neuartiger Ansätze der Nanowerkstofftechnologie in den Bereichen Sicherheit, Komfort und Nachhaltigkeit zu verbessern. Neben ökologischen Vorteilen, die sich beispielsweise durch Ressourcenschonung aus einer verlängerten Lebensdauer oder der Reduktion des Rollwiderstandes von Reifen ergeben, sind hier insbesondere durch die Anisotropie als auch durch die Zweidimensionalität der Graphene Verbesserungen in der Medienbeständigkeit(Nutzung von Biokraftstoffen) und Permeation zu erwarten. Die Arbeitsplanung am IPF gliedert sich in folgende Schritte: a) Kompatibilisierung von Elastomer-Blends auf Basis unverträglicher Polymere durch Graphene. b) Anbindung der Graphenpartikel an die Polymermatrix durch den Einsatz ionischer Flüssigkeiten c) Eine partielle Reduzierung von Graphenoxiden zu Graphen zur gezielten Anpassung der Oberflächenenergie auf die Elastomermatrix. d) Anbindung bifunktioneller Silane an die Graphenoberfläche zur Eigenschaftsverbesserung der Nanokomposite e) Charakterisierung von Graphenen und Graphenoxiden hinsichtlich ihrer Oberflächenenergie und Polarität. f) Elektronenmikroskopische Untersuchungen zur Dispersion von Graphenschichten in der Polymermatrix.
Das Projekt "'NIP-II: Konzipierung einer Laboranlage zur Beschichtung von Coilmaterial als Halbzeug zur Herstellung metallischer Bipolarplatten'" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Precors GmbH durchgeführt. Im Rahmen des Projektes soll eine Laboranlage konzipiert werden, um beschichtetes Coilmaterial als Halbzeug zur Herstellung metallischer Bipolarplatten herzustellen. Das Beschichtungsverfahren der Precors GmbH ist vakuumfrei, umweltfreundlich und basiert auf konventionellen Behandlungsschritten und ist daher prädestiniert für die Großserienproduktion metallischer Bipolarplatten. Das im Labormaßstab erfolgreich für den Brennstoffzelleneinsatz qualifizierte Beschichtungsverfahren der Precors GmbH (F-Cell-Award 2016) wird im Zuge des geförderten Projektes dahingehend entwickelt, metallische Endlosfolien in einem automatisierbaren Prozess zu beschichten. Gleichzeitig werden Skalierungsmethoden entwickelt und erforscht, welche ein Upscale für das benötigte Ausgangsmaterial (Graphenoxid-Synthese) ermöglichen. Im Rahmen des Projektes sollen Konzepte erarbeitet werden, um Produktionsraten von mindestens 20 Liter pro Tag herzustellen, um einen kontinuierlichen Produktionsbetrieb generell zu ermöglichen.