Das Projekt "Development of ceramic oxide fuel cell (SOFC) for power" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Siemens AG durchgeführt. Objective: Design concept and development of a large surfaced sofc consisting of a yttria stabilized zirconia electrolyte with electrodes on both sides and a corrugated structured bipolar plate. Because of using a metallic bipolar plate (which has to ensure besides the cells connection also the transport and distribution of gases) the cell operating temperature should be 900-950 celsius degree. The electrode material will also be suited to this temperature range. General information: within the contract en3e-0180-uk managed by imperial college and entitled 'fabrication and evaluation of small (100w) sofc reactors', sofc stocks will be built up and tested. The main differences (cell construction operating temperature, material of bipolar plate, test conditions) between the Siemens and the IC. Contracts are well defined. This work programme includes the development of a new corrugated structured sofc from the concept up to the test of one single or several cells. Main points are the preparation of thin, solid and mechanic stable electrolyte foils, the optimization of electrodes with respect to conductivity and pore structure (adaptation to the relative low temperature range of 900 - 950 celsius degrees) and the development of a bipolar plate, which ensures the mechanical stability of the electrolyte and the gas distribution. A wide-spread technical knowledge in the field of electro ceramics, bonding technique and electrochemics is available at Siemens. In addition all essential equipment and tools for preparation of defined porous structures etc. And for the analysis and characterization of materials are existing. Achievements: Siemens is proposing a new planar concept with metal separator plate for the ceramic oxide fuel cell (SOFC) reactor. Main goal of the preparation phase was the development of single SOFC cells with internationally comparable power data. The development of the ceramic compounds and the metal separator plate for the planar Siemens SOFC concept can be summarized as follows: manufacture of electrolyte bulk material by the mixed oxide process as well as from chemically prepared YSZ materials (FSZ and PSZ); physicochemical characterization of these electrolyte specimens; sintering studies with various tape casted electrolyte materials; development of a sintering process for a flat plate electrolyte with dimensions 100 x 100 x 0.15 mm(3); manufacture of cathode bulk material in the system La(1-u)Sr(u)Mn(1-x)Co(x)Mn03 by the mixed oxide process; physicochemical characterization of these cathode specimens; manufacture of anode bulk material of 10 to 100 per cent nickel content by the mixed oxide process; physicochemical characterization of these anode specimens; development of a screen printing technique for electrodes; manufacture of ceramic trilayers by tape casting screen printing; design and construction of a bench cell testing facility; bench cell testing of ceramic trilayers with various anode compositions; selection of ...
Das Projekt "Elektrochemische Verfahren zur Segmentierung aktivierter Stahlkomponenten" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Kernkraftwerk RWE-Bayernwerk GmbH durchgeführt. Objective: electrochemical decontamination has a great importance during the decommissioning works at krb-a. By this method a thin metal surface layer is removed due to a galvanic process in an electrolytic solution. Using the same principle, it is also possible to remove material locally (ECM-technique). Many advantages of this method indicate that it could be used for disassembling activated components during decommissioning of nuclear power plants. In order to investigate its applicability, experiments with non-active materials from a reactor pressure vessel are carried out. In the research programme it will be established: - which cathodes are most suitable for high cutting velocities. - which amount of sludge (waste) is produced in the electrolyte. The work in this contract will assess whether electrochemical cutting of activated parts of the krb-a reactor pressure vessel is a technically useful, low-cost and low radioactive dose procedure. The experiments are carried out in an existing test facility of aeg-elotherm in Remscheid. General information: b.1. Modification of an existing test facility for the testing of static and dynamic cathodes. B.2. Implementation of parametric studies and of the main test programme on various non-active representative steel plates. B.3. Evaluation of the obtained results and elaboration of recommendations for a possible application to radioactive components. Achievements: electrochemical decontamination plays an important role in routine close-down procedures. This is done in an electrolyte solution passing a constant current and gradually clearing the metal surface. The same basic principle is used in the electrochemical metal treatment (ECM) technique. In this case, a specific cathode is used. This method has numerous advantages and can be used for separating active steel in nuclear reactor decommissioning. The areas which have been investigated are: which treatment method, using which cathode will give a high rate of clearance; how much sludge will remain behind in the electrolyte.
Das Projekt "FLIB: Materialforschung an LiMPO4 für Lithium-Ionen Batterien" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Heidelberg, Kirchhoff-Institut für Physik durchgeführt. Ziel des Vorhabens ist ein verbessertes Verständnis von Kathodenmaterialien in Lithium-Ionen-Batterien. Trotz einer Vielzahl an Untersuchungen zur Synthese, Struktur, elektrochemischen oder Transporteigenschaften existieren nur wenige fundamentale thermodynamische Untersuchungen. Insbesondere betrifft dies experimentelle Daten zur Wärmekapazität, zur Wärmeausdehnung und zum Transport entlang der verschiedenen Kristallrichtungen von einkristallinen Modellsystemen. Im Ergebnis erlauben diese Messungen die Untersuchung der anisotropen Eigenschaften ohne Störungen durch Oberflächen, die in den üblicherweise untersuchten Pulvermaterialien auftreten. Das Projekt widmet sich daher der Untersuchung von einkristallinen Modellsystemen, wobei die grundlegende Charakterisierung und Messungen des ionischen Transportes an der Universität Heidelberg stattfinden werden, wohingegen Untersuchungen der Wärmekapazität und der thermischen Transporteigenschaften durch den ägyptischen Projektpartner an der Universität Fayoum durchgeführt werden.
Das Projekt "Optimierung der Kathoden-Pulvereigenschaften wie thermische Sicherheit und Lebensdauer durch Core-Shell-Technologie und/oder Modifizierung der chemischen Zusammensetzung" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Toda Kogyo Europe GmbH, Büro Goslar durchgeführt. Toda Kogyo ist für die Optimierung der Lithiumnickel-mischmetalloxide verantwortlich. Ausgangspunkt sind die von Toda Kogyo bereits kommerziell vertriebenen Materialien. Zur Optimierung der Pulvereigenschaften werden sowohl chemische Variationen der Pulver (z.B. Dotierungen) als auch physikalische Modifikationen betrachtet. Ein Schwerpunkt soll hier in der Optimierung der Grenzfläche zwischen Kathodenmaterial und Elektrolyt, welche maßgeblich die kalendarische Lebensdauer als auch die Sicherheit der Zelle beeinflusst, liegen. In diesem Kontext kann insbesondere einem Coating der Kathodenpulver (Core-Shell-Technologie) eine besondere Bedeutung zukommen. Bereitstellung erster, kommerzieller Muster. Detaillierte Analyse der Muster (Elementverteilung, Kristallgitterstruktur, post-mortem-Analysen etc.). Bewertung der Muster in Testzellen (Lebensdauer, Kapazität, Sicherheit). Bereitstellung verbesserter Muster und deren Untersuchung (s.o.). Lithiummischmetalloxide kommen bereits kommerziell in Li-ionen Systemen zum Einsatz . Durch Modifikation dieser Materialien ist eine sehr schnelle Einführung für den automobilen Markt möglich. Im Projekt zu generierende Patente sichern IP-Rechte
Das Projekt "Entwicklung und Evaluierung alkoholtoleranter platinbasierter Kathodenkatalysatoren für Direktalkohol-Brennstoffzellen-Anwendungen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Fraunhofer-Institut für Chemische Technologie durchgeführt. Ziel des Projekts ist die Entwicklung von Kathodenkatalysatoren mit einer erhöhten Toleranz für Alkohole insbesondere Methanol für die Anwendung in Direktalkohol-Brennstoffzellen. Gleichzeitig sollen Methoden evaluiert bzw. entwickelt werden, mit denen sich der Effekt des Einsatzes solcher Katalysatoren besser bestimmen lassen kann, z.B. im Hinblick auf die Freisetzung von Nebenprodukten. In einer ersten Projektphase sollen beim argentinischen Partner INIFTA modifizierte Platinkatalysatoren mit erhöhter Methanoltoleranz synthetisiert und grundlegend charakterisiert werden (AP 1). Parallel dazu sollen beim Fraunhofer ICT unterschiedliche elektrochemische Methoden im Hinblick auf die Aussagekraft der Ergebnisse zur Sauerstoffreduktionsaktivität in Anwesenheit von Methanol evaluiert werden. Auch soll überprüft werden ob sich die am Fraunhofer ICT vorhandenen DEMS Anlagen durch kleinere Modifikationen zur Bestimmung etwaiger Nebenprodukte nutzen lassen (AP2). In der zweiten Projektphase sollen geeignete Methoden für die Testung der Katalysatoren des INIFTA genutzt werden um mit den Ergebnissen weitere Optimierungen vornehmen zu können (AP 3). Schließlich sollen ausgewählte Katalysatoren zu Membran-Elektrodeneinheiten verarbeitet werden und der Effekt der Methanoltoleranz in Einzelzellentests validiert werden (AP4).
Das Projekt "CarboFuel - Innovationsallianz Kohlenstoff-Nanoröhren: Optimierung von Brennstoffzellenkathoden und Elektrolysekathoden durch Integration von Carbon Nanotubes" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von SGL Technologies GmbH durchgeführt. 1. Vorhabenziel Im Rahmen des Verbundprojektes 'CarboFuel' werden Basisarbeiten für Verbesserungen der Eigenschaften von Gasdiffusionslagen (GDL) erarbeitet. Die GDL sollen für den Einsatz als Elektroden in industrieller Elektrolyse und in Anwendungen in Brennstoffzellen durch die Verwendung von Carbon-Nanotubes (CNT) verbessert werden. 2. Arbeitsplanung Die Verwendung von CNT als Bestandteil der GDL-Herstellungstechnologie wird erarbeitet und die Auswirkungen auf die Eigenschaften werden bewertet. Dabei werden CNT als Rezepturbestandteil eingesetzt als auch als Hauptbestandteil von Ausrüstungen. Durch die Verwendung von CNT soll die elektrische Leitfähigkeit der GDL und darüber hinaus das Stofftransportverhalten verbessert werden. SGL bildet im Verbund das Bindeglied zwischen dem Hersteller der CNT und Anwendern in Elektrolyse und Brennstoffzellen 3. Ergebnisverwertung Durch den Erfolg des Projektes erwartet SGL einen direkten Zugang zu Absatzmöglichkeiten in den betreffenden Anwendungen. Daneben sind die im Projekt erarbeiteten Techniken und Erkenntnisse geeignet, schneller und effektiver als zuvor Anpassungen am Produktportfolio zu machen und die generelle Marktposition zu stärken
Das Projekt "ALIBATT - Al-Ionen-Batterie mit hoher volumetrischer Energiedichte für die Elektromobilität" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Fraunhofer-Institut für Integrierte Systeme und Bauelementetechnologie, Abteilung Energiematerialien und Testbauelemente durchgeführt. Zur Entwicklung geeigneter Kathodenwerkstoffe für Aluminum-Ionen-Systeme mit hoher volumetrischer Energiedichte werden am Fraunhofer IISB mit seiner Außenstelle THM geeignete Interkalationsmaterialien auf der Basis von Metalloxiden, einschließlich der strukturellen und elektrochemischen Charakterisierung untersucht. Am Fraunhofer IZM sollen Schwefelverbindungen als Kathode für Aluminium-Ionenbatterien untersucht werden. Ziel ist es, schwefelbasierte Nanomaterialien als Kathoden zu synthetisieren und deren physikochemische Charakterisierung durchzuführen.
Das Projekt "Teilvorhaben: Synthese und elektrochemische Charakterisierung des Kathodenmaterials" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Stuttgart, Institut für Polymerchemie, Lehrstuhl für Makromolekulare Stoffe und Faserchemie durchgeführt. Im Projekt sollen Schwefel/Polyacrylnitril (SPAN)-Komposite untersucht werden. Der SPAN-Komposit soll als monolithischer-, Faser- sowie als Monolith/Faser-Hybrid-Komposit ausgestaltet sein und charakterisiert werden. Die erhaltenen Ergebnisse sollen mit der chemischen Struktur und Morphologie korreliert und für weitere Optimierungen herangezogen werden. Neben der Polymersynthese für das Monolith-Design und die Monolith-Synthese (Anpassung der Porosität), müssen dazu faserbasierte Hybrid-PAN-Materialien, die Infiltration der PAN-basierten Hybridmaterialien mit Schwefel, die Umwandlung in SPAN, die Charakterisierung der SPAN-Materialien, adressiert werden. Analysen werden Rasterelektronen-mikroskopie, XRD-Analysen, Analysen zur Ausrichtung und Porosität, thermische Analyseverfahren sowie XPS-Verfahren beinhalten. Neuartige Copolymere auf PAN-Basis sowie PAN-basierte Polymermischungen werden entwickelt um Fasern mit unterschiedlichem Dehnungsverhältnis und Titer für monolithische faserbasierte Hybrid-SPAN-Materialien zu erhalten. lonische Flüssigkeiten (ILs) sollen für den Einsatz als Elektrolyte in Li-S-Batterien entwickelt und hergestellt werden. Schließlich sollen elektrochemische Lade- und Entladetests, die mit realen Bedingungen vergleichbar sind, im Hinblick auf die Anwendung im Bereich Elektromobilität durchgeführt werden. Vier Doktoranden werden für die gesamte Polymersynthese, für das Monolith-Design und die Monolith-Synthese, für die Synthese der faserbasierten Hybrid-PAN-Materialien, die Infiltration der PAN-basierten Hybridmaterialien mit Schwefel, deren Umwandlung in SPAN, für die Optimierung des Schwefel-Gehalts, die Charakterisierung der SPAN-Materialien, den Bau der elektrochemischen (Halb-) Zellen bzw. der Batterien sowie für die gesamten elektrochemische Prüfungen, welche Langzeitmessungen bis zu 1500 Zyklen, die Entwicklung maßgeschneiderter Messprotokolle sowie Messungen des Innenwiderstandes umfassen, zuständig sein.
Das Projekt "Teilvorhaben: B1-Bergische Universität Wuppertal" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Bergische Universität Wuppertal, Fakultät für Maschinenbau und Sicherheitstechnik, Lehrstuhl Strömungsmechanik (LSM) durchgeführt. Durch den stark ansteigenden Anteil an regenerativen Energien ist eine Flexibilisierung der Prozesse bei der Elektrolyse zwingend erforderlich. Ohne das tiefere Verständnis der Vorgänge bei der Modulation wäre weiterhin der Bedarf an stationär betriebenen Dauerlastkraftwerken über Jahre zwingend erforderlich. Im Rahmen des Projektes sollen das thermische und magneto-hydrodynamische Verhalten von Elektrolysezellen unter flexibler Fahrweise untersucht werden. Durch die Entwicklung und Anwendung eines Simulationsmodells lassen sich Betriebsgrenzen hinsichtlich der Modulation ermitteln, wodurch Optimierungen in der praktischen Elektrolyse ermöglicht werden. Diese betreffen beispielsweise die Materialverbindung zwischen der Kohlenstoffkathode und der Stromführungsschiene, welche sowohl mit Hilfe des Rechenmodells vom LSM als auch experimentell durch den LWT zu untersuchen ist. Der Wechsel der hohen Stromlast und die thermische Variation aufgrund der Flexibilisierung führen zu einer noch unbekannten Materialbelastung in der sensiblen Kathodenverbindung. Die Qualität dieser Verbindung hat maßgeblichen Einfluss auf die Stromverteilung in der Kathode und ist damit in starkem Maße verantwortlich für die Prozessstabilität und Effizienz der Zelle. LSM: Aufbau eines Modells zur Beschreibung der gekoppelten thermisch-elektromagnetischen Vorgänge, Implementierung in CFD-Code, Untersuchung des Einfluss einer Modulation auf die Betriebsweise/-grenzen der Zelle, Untersuchung des Einflusses von externen Stromführungsschienen und Optimierung von Anoden- und Kathodendesign mittels des Rechenmodells LWT: Begutachtung der derzeitig angewandten Verbindungstechnik zwischen Kathoden und Stromführungsschienen im Hinblick auf variable Lasteinbringung, Bestimmung, Evaluation und Optimierung der relevanten Prozessgrößen, Anpassung und Optimierung des Gießprozesses bzw. des Designs.
Das Projekt "Teilvorhaben: Kathoden- und Vorrichtungskonzept" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von SITEC Industrietechnologie GmbH durchgeführt. Die wesentliche Zielstellung des Teilvorhabens der SITEC besteht in der Konzipierung einer völlig neuartigen Werkzeug-Kathode, die durch voneinander isolierte Funktionsflächen sowie eine intelligente Kontaktierung die prozesszustandsabhängige Bestromung ermöglicht, sodass am Werkstück unterschiedliche Bearbeitungsschritte simultan in einer Aufspannung durchgeführt werden können. Darüber hinaus besteht eine weitere Zielstellung des Teilvorhabens darin, ein Vorrichtungskonzept zu erarbeiten, durch das die Einsatzfähigkeit der Kathode für die Bearbeitung von mindestens zwei verschiedenen Konturen an einem Werkstück und somit die Funktion der SwitchECM-Technologie validiert werden kann. Die Aufgaben untergliedern sich in sieben Arbeitspakete (AP). Im ERSTEN AP werden die Einflusskriterien der SwitchECM-Technologie analysiert sowie grundlegende Eingangsgrößen und Zielkriterien quantifiziert. Das ZWEITE AP dient der konzeptionellen Erarbeitung der SwitchECM-Technologie. Dies umfasst die Untersuchung der Synergie- bzw. Beeinflussungseffekte in den unterschiedlichen Abtragbereichen, die Erarbeitung von Konzepten zur intelligenten Bestromung bzw. Isolation der Kathoden sowie zur Elektrolytführung. Im DRITTEN AP werden Abtraguntersuchungen zum Funktionsnachweis der SwitchECM-Technologie vorbereitet. AP VIER beinhaltet die Auslegung und Konstruktion konkreter SwitchECM-Kathoden. Hierbei stellt neben der Auslegung des Kathodenkörpers und der Werkstück-Vorrichtung vor allem die Realisierung der Isolation eine Herausforderung dar. Im FÜNFTEN AP werden die Kathoden sowie die Werkstückvorrichtung aufgebaut und in Betrieb genommen. Dies beinhaltet auch die Integration der erarbeiteten Messtechnologie sowie die Anbindung der Prozessenergiequelle. Das SECHSTE AP dient der Validierung der SwitchECM-Kathode bzw. der SwitchECM-Technologie durch Abtraguntersuchungen. Im AP SIEBEN wird eine Bewertung des SwitchECM-Ansatzes nach technologischen Kriterien durchgeführt.
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