Das Projekt "AutKaM - Automatisierte Prozessparameterfindung für das Kalandrieren von Elektroden mittels eines Zusatzmoduls für die Batteriezellproduktion" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Hochschule Aalen, Hochschule für Technik und Wirtschaft, Institut für Materialforschung durchgeführt. Der Verdichtungsvorgang der Elektrodenfolien (Kalandrieren) hat einen großen Einfluss auf die Mikrostruktur der Elektroden und damit auf die Leistungsfähigkeit von Li-Ionen Batterien. Die während des Verdichtens auftretenden Veränderungen in der Mikrostruktur sind enorm ausgeprägt. Eine detaillierte Analyse dieser Verformungen ist von zentraler Bedeutung um das Prozessverständnis zu vertiefen und die Produktionskosten weiter zu senken und Fehler, wie die Faltenbildung an den Beschichtungskanten zu verhindern. Dafür sind stabile und aussagekräftige Methoden notwendig, um die Mikrostruktur der Elektroden zu analysieren. Die Mikrostruktur wird mit unterschiedlichen Methoden wie Lichtmikroskopie, Rasterelektronenmikroskopie und Röntgenmikroskopie untersucht. Die notwendigen Methoden zur Probenpräparation und Bildaufnahme werden innerhalb des Projekts weiterentwickelt und angepasst. Für die Bildanalyse werden Algorithmen aus dem Bereich des Machine Learnings verwendet, die sich auf große Bilddatenmengen anwenden lassen. Die entwickelten Methoden werden dazu verwendet unterschiedliche Prozessparameter und unterschiedliche Materialien auf ihre Auswirkung auf die Mikrostruktur während des Kalandrierens zu charakterisieren. Dadurch kann das Prozessverständnis weiter gesteigert werden. Ein vertieftes Prozessverständnis hilft dabei Ausschussraten in der Produktion zu reduzieren und wirtschaftlich notwendige Entwicklungen im Bereich Fertigungsqualität und Fertigungsgeschwindigkeit zu realisieren.
Das Projekt "Biogeochemical interface formation in soils as controlled by different components" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Technische Universität München, Wissenschaftszentrum Weihenstephan für Ernährung, Landnutzung und Umwelt, Lehrstuhl für Bodenkunde durchgeführt. We consider clay minerals, iron oxides and charcoal as major components controlling the formation of interfaces relevant for sorption of organic chemicals, as they control the assemblage of organic matter and mineral particles. We studied the formation of interfaces in batch incubation experiments with inoculated artificial soils consisting of model compounds (clay minerals, iron oxide, char) and natural soil samples. Results show a relevant contribution of both iron oxides and clay minerals to the formation of organic matter as sorptive interfaces for hydrophobic compounds. Thus, we intend to focus our work in the second phase on the characterization of the interface as formed by organic matter associated with clay minerals and iron oxides. The interfaces will be characterized by the BET-N2 and ethylene glycol monoethyl ether (EGME) methods and 129Xe and 13C NMR spectroscopy for determination of specific surface area, sorptive domains in the organic matter and microporosity. A major step forward is expected by the analysis of the composition of the interface at different resolution by reflected-light microscopy (mm scale), SEM (scanning electron microscopy, micrometer scale) and secondary ion mass spectrometry at the nanometer scale (nanoSIMS). The outcomes obtained in combination with findings from cooperation partners will help to unravel the contribution of different types of soil components on the formation and characteristics of the biogeochemical interfaces and their effect on organic chemical sorption.
Das Projekt "Teilprojekt 1: Tieftemperatur-Umwandlungsvorgänge in hochfesten Schmiedestählen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von RWTH Aachen University, Institut für Eisenhüttenkunde durchgeführt. Entwicklung und Etablierung einer Methodik zur exakten Beschreibung mehrphasiger bainitischer Gefüge, da die Lichtmikroskopie aufgrund zu hoher Komplexität und zu geringer möglicher Auflösung versagt - Entwicklung einer Bildanalyseroutine zur automatisierten Auswertung von REM-Aufnahmen bainitischer Mikrostrukturen - Anwendung der Routine auf die Stähle HDB, 38MnVS6, 18CrNiMo7-6 und exakte Beschreibung der entstehenden Mikrostrukturen - Identifikation relevanter Gefügeparameter und Verknüpfung mit mechanisch-technologischen Eigenschaften (TP 2, TP 3, TP 4, TP5). Lösungswege: Einstellung definierter Mikrostrukturen der Stähle 38MnVS6, HDB, 18CrNiMo7-6 mittels Dilatometrie - Charakterisierung der Proben mittels LOM, REM und EBSD, sowie Anwendung eines neuen Klassifizierungssystems - Entwicklung einer Bildanalyseroutine für bainitische Gefüge - Anwendung der Bildanalyseroutine auf gesteuert abgekühlte Proben (Kerbschlagbiege-, Zugproben) und Korrelation der mechanischen Eigenschaften mit der Mikrostruktur - Charakterisierung der Mikrostrukturen in Modellbauteilen (Rail-Bauteil und abgesetzte Welle) und Korrelation mit den mechanisch-technologischen Eigenschaften - Ableitung von eigenschafts- bzw. anwendungsbezogenen Richtlinien für kritische Mikrostrukturcharakteristika (Phasenanteile, -verteilungen, -morphologien etc.). Projektstruktur: Arbeitspaket 1: Werkstoffbereitstellung - Bereitstellung des HDB-Stahls für alle Projektpartner. Arbeitspaket 2: Basischarakterisierung : - Charakterisierung des Umwandlungsverhaltens anhand von ZTU- und UZTU-Diagrammen - Vorgaben für die Prozessführung in TP 2, TP 3, TP 4 - Erster Abgleich mit Ergebnissen aus TP 5. Arbeitspaket 3: Rasterelektronenmikroskopie : Ausführliche Charakterisierung kontrolliert abgekühlter Dilatomterproben mittel LOM, REM und EBSD - Entwicklung eines Klassifizierungssystems für bainitische Mikrostrukturen. Arbeitspaket 4: Entwicklung der Bildanalyseroutine : Entwicklung einer Strukturerkennungsroutine für REM-Aufnahmen - Entwicklung einer Klassifizierungsroutine auf Basis der Strukturerkennungsroutine. Arbeitspaket 5: Korrelation von Mikrostruktur und mechanischen Eigenschaften : Untersuchung der mechanischen Eigenschaften kontrolliert abgekühlter Proben mit bainitischen Mikrostrukturen - Identifikation maßgeblicher mikrostruktureller Einflussgrößen auf die mechanischen Eigenschaften und ggf. Quantifizierung des Einflusses. Arbeitspaket 6: Anwendung der Bildanalyseroutine auf die Modellbauteile : Anwendbarkeit der Analyseroutine auf die Mikrostrukturen der Modellbauteile (Rail-Bauteil und abgesetzte Welle) - Verknüpfung der mechanischen Eigenschaften mit Mikrostruktureigenschaften und Abgleich mit AP 5 - Verknüpfung der technologischen Eigenschaften mit Mikrostrukturparametern (aus TP 2 - 5). Arbeitspaket 7: Entwicklung einer Richtreihe für bainitische Mikrostrukturen. Arbeitspaket 8: Dokumentation.
Das Projekt "Charakterisierung, Transport und Deposition von Silica-Polymeren in ausgewählten monocotyledonen und dicotyledonen Holzgewächsen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Hamburg, Department für Biologie, Zentrum Holzwirtschaft, Ordinariat für Holzbiologie und Institut für Holzbiologie und Holzschutz der Bundesforschungsanstalt für Forst- und Holzwirtschaft durchgeführt. Si-Einschlüsse in holzbildenden Pflanzen sind vielfach beschrieben und dienen für verschiedene chemische und biologische Fragestellungen als wichtiges Merkmal. Über Aufnahme, Transport und Deposition liegen jedoch nur lückenhafte Kenntnisse vor. Im Vorhaben sollen folgende Themenkomplexe bearbeitet werden: i) Aufnahme und Ferntransport, ii) Primärausscheidung, iii) Struktur und chemische Komposition. Als Objekte sind Bambus (Monocotyledone) sowie tropische Laubbaumarten (Dicotyledone) vorgesehen. Chemische Analysen (IR und Raman, simultane Thermoanalyse/STA, Thermogravimetrie/TG, Differential Thermoanalyse/DTA, Massenspektrometrie/MS, Si K-XANES-Spektroskopie) werden zur Identifizierung der Aufnahme- und Ferntransportform an Wurzelgewebe und Kapillarsaft durchgeführt sowie an Geweben der Deposition. Mit Licht- und Elektronenmikroskopie werden Si-Verbindungen in den Zielzellen lokalisiert, Kompartimenten zugeordnet (intrazellulärer Transport) und mit TEM/EDX und TEM/EELS charakterisiert. Für Bambus wird beispielhaft die extrazelluläre Deposition in der Zellwand untersucht, um Befunde zu Wechselwirkungen zwischen organischer Matrix und Si-Einlagerung zu erhalten. Folgende Ergebnisse werden erwartet: i) Identifizierung der Si-Transportform in Wurzel und Kapillarsaft, ii) Lokalisierung und Identifizierung deponierter Si-Verbindungen, iii) feinstrukturelle Charakterisierung Si-deponierender Zellen und nicht-deponierender Nachbarzellen.
Das Projekt "Schadensfrueherkennung bei Fichten durch chemische und mikromorphologische Untersuchungen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Technische Universität Wien, Institut für Angewandte Botanik, Technische Mikroskopie und Organische Rohstofflehre durchgeführt. Im Rahmen systematischer Untersuchungen an Fichtennadeln unterschiedlichen Jahrgangs und Schaedigungsausmasses wurde den vermuteten Aenderungen der Stoffumsaetze vor allem der ungesaettigten Fettsaeuren von Lipiden durch Einwirkung von Photooxydantien nachgegangen. Dabei steht als gesichertes Ergebnis aus mehreren Gebieten im Nahbereich verschiedener Schadstoffemmitenten fest, dass geschaedigte sowie aeltere Nadeln einen wesentlich geringeren Gehalt an Gesamtfettsaeuren aufweisen. Vor allem die Menge an laengerkettigen ungesaettigten Fettsaeuren nimmt ab, hingegen ist ein vermehrtes Auftreten kuerzerkettiger gesaettigter Fettsaeuren beobachtbar. Die saeulen- und gaschromatographische Auftrennung der Nadelextrakte nach steigender Schadstufe und zunehmender Seneszenz in Lipidklassen laesst eine Abnahme der Phospho- und Glykolipide, im besonderen aber der Cholesterylester erkennen, waehrend der Gehalt an freien Fettsaeuren, Mono-, Di- und Triglyceriden steigt. Das verminderte Vorkommen ungesaettigter Fettsaeuren in geschaedigten Bestaenden geht primaer auf einen Rueckgang der Cholesterylester zurueck. Wie es scheint, kommt den Sterolen eine bedeutende Rolle im Verlauf der Schadprozesse zu. Parallel dazu erfolgen lichtmikroskopische Untersuchungen an aus unfixiertem Material hergestellten Gefrierschnitten, wobei geschaedigte Nadeln einen roten Farbstoff in den Schliesszellen der Stomata sowie im Zentralzylinder einlagern. Dabei duerfte es sich um Gerbstoffe handeln, die aus Phenolen durch Einfluss von Photooxydantien entstehen.
Das Projekt "AnlBatt - Analysesystem unter Inertgas für heutige und zukünftige Batteriematerialien und -technologien" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Hochschule Aalen, Hochschule für Technik und Wirtschaft, Institut für Materialforschung durchgeführt. Wichtige Performanceparameter von Batteriezellen wie z.B. Energiedichte, Schnelladefähigkeit und Lebensdauer werden wesentlich durch die eingesetzten Materialien und die Elektrodenmikrostruktur bestimmt. Folglich ist ein umfangreiches Verständnis dieser Eigenschaften und deren Beeinflussung durch die Fertigung und den Betrieb wichtig, um hoch performante und langlebige Batterien herstellen zu können. Die umfängliche Charakterisierung des komplexen Eigenschaftsprofils der Materialien und Zellkomponenten erfordern den Einsatz komplementärer Analysemethoden über mehrere Längenskalen. Zukunftsweisende Batteriematerialien wie z.B. Ni-reiches NCM oder sulfidische Festkörperelektrolyte sind zumeist luftempfindlich, was eine durchgängige Prozessierung und Charakterisierung unter Inertgas erforderlich macht. Dies gilt auch für die Untersuchung von Alterungseffekten wie z.B. Li-Plating. Ziel von AnIBatt ist folglich die komplementäre Erweiterung der an der HS Aalen bereits etablierten Möglichkeiten zur Materialanalytik unter Inertgas (CT, hochauflösende Lichtmikroskopie, REM mit EDX, WDX und FIB, XRD) durch spektroskopische Methoden zur Bestimmung der chemischen Zusammensetzung und Struktur von Materialien/Phasen mit mittlerer bis hoher Ortsauflösung. Hierzu sollen ein Laser-Induziertes Breakdown Spektrometer (LIBS) und ein konfokales Raman-Mikroskop mit operando-Zelle in ein Gloveboxsystem integriert und erste Analytikworkflows erarbeitet werden. Die Erweiterung ist eine inhaltlich folgerichtige und notwendige Weiterentwicklung der Materialanalytik unter Inertgas an der HS Aalen, um den aktuellen und zukünftigen Anforderungen in der Batterieanalytik gerecht zu werden und neuartige Fragestellungen aufgreifen zu können. Die neuen Verfahren können rasch in bestehende Workflows integriert werden und entsprechend zeitnah in laufenden Cluster-Projekten (AQua und ProZell) sowie Forschungsvorhaben im Rahmen anderer Fördermaßnahmen der Antragsteller Wirksamkeit entfalten.
Das Projekt "Teilvorhaben: Monitoring eines Prototyps unter Betriebsbedingungen und Weiterentwicklung der Low-e Schichtsysteme" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme durchgeführt. Im vorgeschlagenen Vorhaben sollen ETFE-Kissen mit transparenter Sonnenschutz- sowie Wärmeschutzbeschichtung in relevanter Größe hergestellt, aufgebaut und über einen Zeitraum von 2 Jahren unter realen Betriebsbedingungen betrieben und überwacht werden. Außerdem werden die funktionalen Sonnenschutzschichten hinsichtlich ihrer Selektivität weiterentwickelt. In einem weiteren Arbeitspaket soll der Einfluss der Schichtdicken auf Farbe und Farbstabilität genauer untersucht werden. Zum Projektende werden folgende Ziele erreicht: - Bewertung der Beschichtung von Demonstrator-ETFE-Kissen im betrieblichen Umfeld (TRL 7) - Herstellung und Testen der ersten stabilen, robusten Doppelsilberbeschichtungen auf ETFE zur Erhöhung der Energieeffizienz der Beschichtung Fraunhofer ISE ist verantwortlich für die Charakterisierung und Analyse der Beschichtungen (optische Spektroskopie, Lichtmikroskopie, SEM, ggf. AES) während und am Ende des Monitorings. Zudem übernimmt das Fraunhofer ISE die Weiterentwicklung der selektiven Sonnenschutzschichten und die Untersuchung der Farbstabilität der Beschichtungen.
Das Projekt "Teilprojekt C" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Leibniz Universität Hannover, Institut für Werkstoffkunde durchgeführt. Die Partner GRS, KIT, LUH und BGR arbeiten im Rahmen des Vorhabens zur Implementierung eines Monitoringsystems zur Evaluierung der Korrosionsvorgänge an Behältermaterialien in Bentonit-basierten Endlager-Konzepten (IMKorB) zusammen. In diesem Teil des Vorhabens erfolgen die Arbeiten zur Auswahl von Materialien, welche zum Bau von Endlagerbehältern Verwendung finden können. Die Anforderungen werden hier im Sinne des besten Korrosionsschutzes in Bezug zur Produktionstechnik von dickwandigen, selbstabschirmenden Großbehältern gesetzt, sodass die Materialeigenschaften und Herstellbarkeit realitätsnahe Entscheidungen ermöglichen. Fokussiert wird der Blick auf das Portfolio der Stahl- und Gusseisenwerkstoffe. Anhand dieser Betrachtungen wird der Materialzustand in Bezug auf die Zusammensetzung der Legierung, der Korngröße, der Homogenität und der Gefüge- und Oberflächenstruktur erarbeitet und als Randbedingung für die Entwicklung der Korrosionscoupons erarbeitet, sodass die Korrosionsproben für die Labor- und Untertageuntersuchungen dem Realzustand entsprechen. Damit kann nachfolgend eine Korrelation der Korrosionseigenschaften mit den metallphysikalischen Zuständen und der Produktionstechnik der Behälter erfolgen. Das ausgewählte und hergestellte Material wird hinsichtlich seiner metallphysikalischen Eigenschaften charakterisiert. Mittels modernster Verfahren, wie z.B. Lichtmikroskopie LM, Rasterelektronenmikroskopie REM etc. werden die Oberflächen der Proben topographisch und stofflich charakterisiert. Herstellungsbedingte Anisotropien der Materialstruktur sowie die Oberflächenstruktur, welche durch die Fertigungsverfahren erzeugt werden, stellen eine grundlegende Datenbasis der Behälteroberfläche im Langzeitsicherheitsnachweis dar. Ebenfalls wird die Ergebnisgrundlage zur Diskussion der Korrosionsprozesse an Kanten sowie gekrümmten und rauen Flächen abgebildet, sodass der Geometrieeinfluss auf die grundlegenden Korrosionsprozesse diskutiert werden kann.
Das Projekt "Hochauflösende tephrostratigraphische Korrelation zwischen marinen (ODP Sites 964, 967 und 969) und terrestrischen (Tenaghi Philippon) Klimaarchiven des östlichen Mittelmeerraums: ein Ansatz zur Bestimmung von Leads und Lags abrupten Klimawandels während der marinen Isotopenstadien 12 und 11" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Heidelberg, Institut für Geowissenschaften durchgeführt. Das Projekt zielt darauf ab, die ersten distalen Tephra-Korrelationen für den östlichen Mittelmeerraum während der marinen Isotopenstadien (MIS) 12 und 11 zu erarbeiten. Der gewählte Arbeitsansatz ermöglicht nicht nur die Erstellung einer robusten Chronologie, sondern auch direkte Land-Meer-Korrelationen; letztere sind Voraussetzung zur Bestimmung von â€ÌLeadsâ€Ì und â€ÌLagsâ€Ì zwischen den marinen und den terrestrischen Komponenten des Klimasystems im östlichen Mittelmeerraum. Die Projektziele sollen durch die hochauflösende Analyse der Makro- und vor allem der Kryptotephren dreier ODP-Sites (Site 964 â€Ì Ionisches Meer; Sites 969 und 967 â€Ì Levantinisches Meer) und eines terrestrischen Archivs (Tenaghi Philippon, Griechenland) erreicht werden. Im Einzelnen will das Projekt (i) die raumzeitliche Rekonstruktion der Verteilung von Makro- und Kryptotephren im östlichen Mittelmeerraum während MIS 12â€Ì11 entschlüsseln und (ii) direkte Land-Meer-Korrelationen entwickeln, wobei besonders auf kritische Intervalle innerhalb von MIS 12â€Ì11 fokussiert werden soll. Die vorgeschlagenen Archive sind zum Erreichen der Projektziele besonders gut geeignet, da sie (i) MIS 12â€Ì11 lückenlos und vollständig abdecken, (ii) im Lee der großen Vulkanprovinzen des östlichen Mittelmeerraums liegen, (iii) zahlreiche (Krypto)tephren enthalten, wie dies durch frühere Arbeiten und die Pilotstudie der Antragsteller dokumentiert ist, und (iv) deutliche Signale kurzfristigen Klimawandels enthalten. Im hier beantragten dritten Projektjahr sollen die Projektziele anhand zweier Arbeitspakete (AP) erreicht werden. AP1 wird die Positionen der Kryptotephren in den Kernen von ODP Leg 160 mittels Lichtmikroskopie verifizieren und ihre geochemischen Signaturen mittels Ionensonden- und Ionenmicrosondenanalysen bestimmen; dies wird es nicht nur erlauben, ihre vulkanischen Quellen zu identifizieren, sondern auch einen Abgleich mit den in Tenaghi Philippon während der ersten Projektphase identifizierten Kryptotephren ermöglichen. AP1 wird schlussendlich präzise distale Tephrenkorrelationen im östlichen Mittelmeerraum rmöglichen. AP2 wird sich auf die 40Ar/39Ar-Datierung von Tephren, der Erstellung der ersten Land-Meer-Korrelationen im östlichen Mediterranraum während MIS 12â€Ì11 sowie der Bestimmung von â€Ìleadsâ€Ì und â€Ìlagsâ€Ì zwischen terrestrischen und marinen Komponenten des Klimasystems konzentrieren. Übergeordnetes Projektergebnis wird eine hochauflösende Tephrostratigraphie für den östlichen Mittelmeerraum für den Zeitraum des extremsten Glazials (MIS 12) und Interglazials (MIS 11) des mittleren Pleistozäns sein. Durch präzise Land-Meer-Korrelationen wird das Projekt zu einem verbesserten Verständnis des raumzeitlichen Musters kurzfristiger Klima- und Ökosystemänderungen im östlichen Mittelmeerraum beitragen.
Das Projekt "Teilvorhaben: Beuth HS" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Berliner Hochschule für Technik, Labor Mikrobiologie durchgeführt. Das Ziel des Projekts Quantitative hygienische Beurteilung von Umweltproben, Kompost aus menschlichen Exkrementen während der Kompostierung sowie von Böden unter Kompostdüngung' ist die quantitative hygienische Beurteilung der unterschiedlich behandelten Umweltproben im Projekt ClimEtSan. Die mikrobiologische und molekularbiologische Analytik soll dazu dienen, die beste und vom hygienischen Standpunkt vertretbarste Methode der Kompostierung von Fäkalien zu ermitteln, unter dem Gesichtspunkt, dass der hergestellte Kompost auf Felder zum Anbau von Nutzpflanzen und Gemüse aufgebracht werden soll. Die Pathogenanalytik von Fäkalien und mit Fäkalien kontaminierten Umweltproben (Böden der lokalen Felder, Kompost während des Kompostierungsverlaufes, Böden der Feldversuche mit Kompost mit bzw. ohne Biokohle) soll einen Überblick über human pathogene Bakterien und Pilze sowie über den Befall mit pathogenen Helminthen geben. Dazu sollen spezifische quantitative real-time PCR (qPCR), und Kultivierung von Mikroorganismen eingesetzt werden, da bei der qPCR auch bereits abgetötete Pathogene detektiert werden. Der Spulwurm Ascaris lumbricoides soll aufgrund seiner großen Widerstandsfähigkeit gegenüber hohen Temperaturen als Indikatororganismus dienen. Zur Etablierung der Pathogenerkennung in Äthiopien wird die Beuth Hochschule für Technik Berlin / AG Grohmann eine einfache Methode zur Erkennung von Ascaris lumbricoides mithilfe von Lichtmikroskopie entwickeln.
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