Das Projekt "SGP 1 Grad N Programm: In Richtung Hybridgeräte für Energieumwandlung" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Forschungszentrum Jülich GmbH, Peter Grünberg Institut, PGI-9: Halbleiter-Nanoelektronik durchgeführt. Das Ziel des Projektes ist es, den Schlüssel zu einer guten Leistung von Bulk-Heteroübergang GaAs/Thiophen Hybrid-Solarzellen, basierend auf geordnete Anordnung von GaAs Nanodrähten, zu verstehen. Die spezifische Ziele davon sind: 1. Herstellen von funktionierten Hybrid-Solarzellen. 2. Verstehen der Wirkung von Grenzflächenchemie auf den photovoltaischen Eigenschaften. 3. Einschätzen der optimalen Werkstoffkombination für die Solarzelle. 4. Bewertung möglichen Gewinns aus der geordneten Struktur aus GaAs Rückgrat der Solarzelle. Die Verwendung von hochgeordneten Materialien ist wesentlich für das Verständnis von der Leistung der Hybridsolarzellen. Aber wir wollen evaluieren, ob es auch für die praktischen Systeme Vorteile bringen kann. Diese Arbeit wird von Forschungszentrum Jülich (FZJ) und Technische Universität Nanyang (NTU) durchgeführt. NTU wird für die Oberflächenchemie, die Nanostrukturierung und die Evaluierung von Geräten zuständig sein. FZJ wird verantwortlich für das Wachstum von GaAs Nanodrähten und auch für die Evaluierung der Devicephysik sein. Besuchen zwischen FZJ und NTU wird den reibungslosen Ablauf des Projektes unterstützen. Am Anfang des Projektes wird die erste Sitzung über die detaillierte Planung stattfinden. Nach der Sitzung besuchen sich alternative FZJ und NTU alle 3 Monate für 1 bis 4 Woche. Am Ende des Projektes werden in einem Treffen die Arbeiten zusammengefasst, und die zukünftige Orientierungen bestimmt.
Das Projekt "FHprofUnt 2015: Neue Konzepte für magnetische Energy Harvester" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Fachhochschule Aschaffenburg, Fakultät Ingenieurwissenschaften durchgeführt. Die Gewinnung kleinster Mengen elektrischer Energie aus per se vorhandenen Umweltquellen wie einem Temperaturgradienten, Sonnenlicht und Vibrationen ermöglicht es, Energie dort für ein elektronisches Gerät zu erzeugen, zu speichern und wieder abzugeben, wo sie benötigt wird. Der Begriff Energy Harvesting (Energiegewinnung aus Umgebungsgrößen) geht dabei noch über die oben genannte Definition hinaus und umfasst nicht nur das energieautarke System, sondern auch die drahtlose Übertragung von Daten. Auf der Suche nach neuen Möglichkeiten für das Energy Harvesting kommen neben den bekannten Wandler-Prinzipien, wie dem piezoelektrischen oder thermoelektrischen Ansatz, auch magnetische Konzepte infrage. So wird der magnetische Wiegand-Effekt seit langem für Magnetfeld-Sensoren genutzt. Im Projekt stehen magnetischen Nanomaterialien im Fokus der Entwicklung. Beispielsweise sollen magnetische Nanodrähte hinsichtlich großer Barkhausen-Sprünge technologisch realisiert und in Bezug auf eine große Energieausbeute optimiert werden. Des Weiteren sind Untersuchungen zum Einsatzpotential und Aufbau geeigneter Sensorsysteme Ziele des Projekts. Hierzu zählt die Drehzahlmessung von Antriebsachsen, Verschleißanzeiger im Güterverkehr und sporadische Grenzwertüberschreitungen im Gütertransport. Das interdisziplinäre Projekt wird mittels den Verbundpartnern aus den Bereich Schaltungstechnik und Mikrosystemtechnik sowie industriellen Partnern bearbeitet. So soll ein energieautarkes Sensorsystem auf Basis innovativer magnetischer Nanomaterialien entwickelt und energetisch optimiert werden. Pakete: - AP 1 Design des energieautarken Sensorsystems für die Logistik; - AP 2 Optimierung des magnetischen Wandler-Materials; - AP 3 Realisierung des energieautarken Sensorsystems; - AP 4 Verwertung der Forschungsergebnisse.
Das Projekt "Teilvorhaben: Ultra Low Power Elektronik mit Tunnel-Feldeffekttransistoren" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Forschungszentrum Jülich GmbH, Peter Grünberg Institut, PGI-9: Halbleiter-Nanoelektronik durchgeführt. 1. Vorhabenziel Vorrangiges Ziel des Teilvorhabens ist, Band zu Band Tunnel-Feldeffekttransistoren (TFET), neue energieeffiziente Schalter der 'More than Moore' Kategorie, zu erforschen und deren Leistungsfähigkeit für ultra low power Anwendungen zu eruieren. Hierfür werden in Zusammenarbeit mit den Partnern RWTH Aachen und TU München einfache logische Schaltungen realisiert und TFETs in eine Sensoranwendung integriert. Es wird erwartet, dass die TFETs auch noch bei Betriebsspannungen um 0.25 V arbeiten, was für batteriebetriebene und energie-autonome Geräte ein enormer Vorteil wäre. 2. Arbeitsplanung FZJ wird sich auf die Herstellung der neuen Materialien (SiGe, GeSn usw.) und die Prozessierung und Charakterisierung der TFET konzentrieren, wobei wegen der Neuheit verschiedene Bauelementearchitekturen (planar, vertikal und Nanodraht) entwickelt und für Anwendungen optimiert werden. Die Integration von neuen Halbleitern mit viel kleinerer Bandlücke als Silizium ist notwendig, um ausreichend hohe Ausgangsströme zu erreichen. Die FuE-Arbeiten werden mit Simulationsrechnungen unterstützt. In Zusammenarbeit mit der RWTH Aachen wird ein planarer TFET für einen Drucksensor entwickelt und integriert. Die logischen Schaltungen werden in Kooperation mit TU München entwickelt.
Das Projekt "AlkaSuSi - Neue Materialkonzepte für Alkalimetall-Schwefel-Batterien bzw. Alkalimetall-Silizium-Batterien" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität zu Kiel, Institut für Materialwissenschaft, Lehrstuhl für allgemeine Materialwissenschaft durchgeführt. 1. Hauptziel der Arbeiten im Arbeitspaket 2 'Entwicklung von Si Anoden' ist die Herstellung von leistungsoptimierten Si Nanodrahtanoden für die geplanten Hochleistungsbatterien durch eine geeignete und kostengünstige Prozessierungssequenz. Ein weiteres Ziel ist die Gewinnung von ersten Aussagen zur Eignung von porösem Si als Kathodenmaterial um ggf. Patente anmelden zu können. 2. Die 3 Hauptarbeitspakete umfassen die Optimierung (insb. auch in Richtung Kosten) und Beherrschung d. einzelnen Prozessabläufe zur Anodenherstellung. Basis ist die Porenätzung in Si Substraten plus nachfolgender Nanodrahtherstellung und insbesondere Cu-Kontaktierung (zu der noch Entwicklungsarbeit zu leisten ist). Der Fokus liegt zunächst auf Optimierungsschritten in der Vorprozessierung der Si Wafer. Im Zentrum der Arbeiten steht dann die Optimierung der Nanodrahtgeometrie und die Cu Kontaktierung; dabei werden den Partnern erste Si Nanodrahtanoden zur Verfügung gestellt. Die diesbezüglichen Arbeiten benötigen eine elektr. Charakterisierung der Elektroden in Halbzellen und (einfachen) Batterien sowie ein Grundverständnis der Lade- und Entladevorgänge von Nanodrähten. Die Arbeiten münden in der Versorgung der Partner mit optimierten Anoden für den Demonstrator. Ein weiteres Arbeitspaket bezieht sich auf die grundsätzliche Erprobung von nano- oder mesoporösem Si als Substratmaterial für Li-S Kathoden.
Das Projekt "Entwicklung von Halbleiterpolymeren mit an Silicium angepassten elektronischen Eigenschaften" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Jenpolymer Materials Ltd. & Co. KG durchgeführt. Aufbauend auf der eigenen langjährigen Grundlagenforschung an der Friedrich-Schiller-Universität Jena zu konjugierten Polymeren mit speziellen optischen und elektronischen Eigenschaften, soll das Teilprojekt einen Beitrag leisten zur Entwicklung einer neuartigen Hybridsolarzelle auf der Basis von Polymeren mit konjugierten Doppelbindungen und multifunktionalen Si-Nanowire-Strukturen. Zur Erreichung des Gesamtprojektzieles werden low bandgap Polymere ( P-1, P-2, P-3) mit alternierenden Donator/Akzeptor- Struktureinheiten synthetisiert, die langwelliger absorbieren als die Si- Nanowires. Zu den Polymeren P-1 und P-3 liegen zwei eigene Patentanmeldungen vor. Das Polymer P-2 ist bisher noch nicht in der Literatur beschrieben. Hierfür ist eine geeignete Synthese zu erarbeiten, und in Zusammenarbeit mit den Verbundpartnern ist der optimale Anteil an Dreifachbindungen in diesem Bisthiophen- ethinylen -benzothiadiazol Copolymer zu erarbeiten. Die Polymersynthesen sollen so weit entwickelt werden, dass sie reproduzierbar zu den Polymeren im Gramm Mengen führen. Jenpolymers Materials GmbH wird so die Produktpalette erweitern und Monomere bzw. Spezialpolymere zum Verkauf anbieten.
Das Projekt "Metall/Luft-Systeme, insbesondere Al- und Si-Luft Batterien: Elektrochemie der Anodenmaterialien" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Technischen Universität Clausthal, Energie-Forschungszentrum Niedersachsen durchgeführt. In diesem Teilprojekt sollen für die Entwicklung von Silizium-/und Aluminium-Luft-Batterien, die bei praktisch unbegrenzter Verfügbarkeit der Elemente mit Energiedichten von bis zu 5 kWh/kg große Energiemengen günstig speichern könnten, grundlegende Untersuchungen an den Anodenmaterialien durchgeführt werden. Zu diesem Zweck werden Aluminium und Silizium elektrochemisch aus ion. Flüssigkeiten abgeschieden und im direkten Vergleich mit Zink als Anoden in Testzellen verwendet. Neben einer grundlegenden Charakterisierung der Oxidationsreaktionen sollen Primärzellen gebaut und getestet werden und danach Wege aufgezeigt werden, Sekundärzellen zu konstruieren. Für das Teilziel Silizium/Luft-Batterien werden Siliziumanoden mit ion. Flüssigkeiten elektrochemisch hergestellt; sowohl als unstrukturiertes Volumenmaterial als auch als makroporöse Elektroden und Nanodrahtelektroden. Das so hergestellte amorphe Silizium ist hochreaktiv gegenüber Sauerstoff, eine Grundvoraussetzung für Silizium/Luft-Batterien. In analoger Vorgehensweise werden Aluminiumanoden elektrochemisch hergestellt, wobei solches Al reaktiver ist als metallurgisches Al. Bei beiden Anodenmaterialien wird die Kinetik der Sauerstoffoxidation unter Modellbedingungen und in primären Testzellen untersucht, unterstützt durch Verfahren der Oberflächenchemie und -physik. Beim System Zink/Luft werden neue wässrige Elektrolyte basierend auf pH-neutralen ion. Flüssigkeiten im Hinblick auf die Reversibilität der Zellen optimiert.
Das Projekt "Elektrochemische Synthese von III-V (GaN, InN, GaSb, InSb, AlSb) und Metallsulfid (ZnS, GaS) Verbindungshalbleitern und deren Nanostrukturen aus ionischen Flüssigkeiten" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Technische Universität Clausthal, Institut für Elektrochemie durchgeführt. Das Projekt beabsichtigt die Entwicklung von III-V-Verbindungshalbleitern (GaN, InN, GaSb, InSb und AlSb) und Metallsulfid-Verbindungshalbleitern (ZnS- und GaS) Dünnfilmen und Nanostrukturen (Nanoröhrchen, Nanodrähte und makroporöse Strukturen) bei elektrochemischer Abscheidung/stromloser Abscheidung in verschiedenen ionischen Flüssigkeiten nahe Raumtemperatur. Der Hauptfokus wird auf das Verständnis des Reaktionsmechanismus der Bildung der Verbindungshalbleiter gesetzt. Die Reaktionsmechanismen werden anhand von IL-Salz-Mischungen, Elektrode/Elektrolyt-Grenzfläche und der hergestellten Strukturen und Schichten analysiert. Der Einfluss der IL-Zusammensetzung auf die Morphologie und die optischen Eigenschaften der erhaltenen Halbleiter wird untersucht. Zusätzlich werden die Halbleiternanostrukturen Templat-basiert und Templat-frei elektrochemisch hergestellt, was eine neue Methode zur Synthese von Halbleiternanostrukturen nahe Raumtemperatur eröffnet.
Das Projekt "Teilvorhaben 2: Untersuchung des Elektronentransfers und Genexpressionsanalyse" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Rheinland-Pfälzische Technische Universität Kaiserslautern-Landau, Lehrgebiet für Bioverfahrenstechnik durchgeführt. Ziel ist die stoffliche Nutzung elektrischer Energie zur mikrobiellen Produktion des Kunststoffmonomers Bernsteinsäure. Hierbei wird der innovative Ansatz der mikrobiellen Elektrosynthese verfolgt. Elektrische Energie wird in den Mikroorganismus Actinobacillus succinogenes transferiert, der zugleich nachwachsende Rohstoffe zur Synthese der Katalysatoren und des Produkts nutzt. Die zusätzlichen Redoxäquivalente (NADH) durch die Aufnahme von Elektronen bewirken eine Veränderung der Stoffwechselproduktzusammensetzung in Richtung zur Bernsteinsäure. Das Konzept erlaubt die Umwandlung elektrischer Energie in komplexe Produkte unter Einsatz des selbstreplizierenden Ganzzellkatalysators unter sehr milden Reaktionsbedingungen (T kleiner als 40 Grad C, pH 7, wässriges Lösungsmittel). Zusätzlich sind die Anforderungen an die Elektroden und die Reinheit der flüssigen Phase bei einer mikrobiellen Elektrosynthese gering und somit der Prozess kostengünstig. Die Technologie der mikrobiellen Elektrosynthese konnte durch die Antragssteller bereits für die Produktion von Butanol etabliert und mehrfach publiziert werden. Im angestrebten Projekt soll ein neues, wirtschaftlich relevantes Bioproduktionsverfahren etabliert und der technologische Reifegrad des Verfahrens erhöht werden. Der Transfer der Power2X-Technologie wird zunächst in kleinen Reaktionsgefäßen durchgeführt und im Anschluss auf einen technischen Bioreaktor überführt. Hierbei werden Betrachtungen zur Skalierbarkeit durchgeführt. Zielsetzung des TV 2 ist die Untersuchung des Elektronentransfers und die Genexpressionsanalyse. Dafür soll die Biofilmbildung auf der Elektrode und die mögliche Ausbildung von Nanodrähten analysiert werden, die einen direkten Elektronentransfer ermöglichen. Unterschiede zwischen nativen und synthetischen Biofilmen werden untersucht. Erhaltene Erkenntnisse werden auf den Produktionsprozess im Bioreaktor übertragen und der Einfluss des angelegten Potentials auf die Genexpression analysiert.
Das Projekt "Gezielte Synthese neuartiger Elektrodenmaterialien (halbleitenden Nanodrähte) für den Einsatz in Li-Ion-Batterien" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität zu Köln, Institut für Anorganische Chemie durchgeführt. Dieses Arbeitspaket behandelt die gezielte Synthese neuartiger Elektrodenmaterialien (halbleitende Nanodrähte) um die elektrischen bzw. strukturellen Eigenschaften von Li-Ionen-Batterien signifikant zu verbessern. Hierzu werden Nanodrähte direkt auf das metallische Substrat mittels molekülbasierter chemischer Gasphasenabscheidung (CVD) aufgebracht. Die Arbeitsplanung gliedert sich in folgende Schritte: 1. Synthese und Modifizierung der molekularen Vorstufen. 2. Herstellung von Nanodrähten und Nano-Heterostrukturen mittels chemischer Gasphasenabscheidung auf Substraten, die von den Projektpartnern geliefert werden. 3. Optimierung der Syntheseparameter und Studien zur Eignung verschiedener Substratmaterialien (z. B. Temperatur, Adhäsion). 4.Oberflächenmodifikation der Nanostrukturen (z.B. Plasmabehandlung) und Charakterisierung der Nanodrähte nach mehreren Li-Ionen-Einlagerungszyklen. Dieses Projekt verspricht einen großen Nutzen in Bezug auf Energie-, und im Besonderen Batterieanwendungen. In klassischen Elektrodenmaterialien, welche aus Partikeln bzw. amorphen Strukturen bestehen, müssen die elektrischen Ladungsträger die Partikelgrenzflächen überwinden, was wiederum zu Leitungsbarrieren, kurzen Lebenszeiten und verminderter Effizienz führt. Anisotrope Strukturen, wie z.B. Nanodrähte sind vielversprechende Strukturen, da sie direkte 1D Leitungsbahnen darstellen und effizienten Ladungstransprt ermöglichen. Die enge Zusammenarbeit mit Gruppen, die eine weitreichende Erfahrung auf dem Gebiet der Modellierung, Materialsynthese, Materialcharakterisierung sowie -entwicklung aufweisen, wird zu weitreichenden Verbesserungen führen. Dieses Projekt soll zu neuen Konzepten im Aufbau der Batterie selbst als auch der Elektrode im Speziellen führen, wodurch eine verbesserte elektrochemische Leistung erreicht werden kann. Dies beinhaltet sowohl ein verbessertes Lade-/Entladeverhalten als auch erhöhte Ladungsdichte im Vergleich zu bisherigen polykristallinen Materialien.
Das Projekt "SGP 1 Grad N Programm: Nanostrukturierte Elektroden für solare Brennstoffzellen: Besondere Methoden für die Bandgapanpassung" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Freiburg, Institut für Mikrosystemtechnik (IMTEK), Lehrstuhl für Nanotechnologie durchgeführt. Entwicklung der Anwendungsparameter für die 'ALD + SSR' Technik, um nanostrukturierte Photoelektroden mittels ALD zu modifizieren. Es soll die Materialstabilität und damit die Effizienz der Brennstoffzelle erhöht werden. Es soll ein tieferes Verständnis der Dynamik des Ladungsmechanismus entwickelt werden. Wir arbeiten in dem Projekt an neuen Technologien für Energieanwendungen basierend auf solare Wasserspaltung für die Wasserstoffgewinnung. Ein Durchbruch in Wasserstoff-produzierenden Prozessen erfordert eine Robustheit der Elektroden des photokatalytischen Materials. Es werden in dem Projekt kombinierte Experimente durchgeführt, wobei die Untersuchung der nanostrukturierten Elektroden an der NTU und die Modifizierung der Elektroden mittels Atomlagendeposition am IMTEK erfolgt. Am NTU erfolgt die Herstellung des Elektrodenmaterials in Form von Nanodrähte. Diese werden an der NTU in Brennstoffzellen charakterisiert. Diskussion der Ergebnisse mit der IMTEK Gruppe. Strukturelle Charakterisierung und Device Herstellung mittels SEM und Laser-Litho. Es erfolgt eine gemeinsame optische Untersuchung der modifizierten Elektroden für Photoladungsdynamik und Bandstruktur.
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