Das Projekt "Teilvorhaben 2" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Fraunhofer-Institut für Fertigungstechnik und Angewandte Materialforschung, Institutsteil Dresden durchgeführt. Im Allgemeinen gehen ca. 65% der Primärenergie als Abwärme verloren. Durch Abwärmenutzung mittels Thermogeneratoren (TEG) aus nicht-toxischen Mg- und Mn-Siliziden ist eine Reduzierung der CO2-Emissionen und Steigerung der Energieeffizienz möglich. O-Flexx ersetzt den konventionellen TEG-Ansatz durch einen Dünnschicht-TEG: eine Silizidscheibe wird auf einer Metallfolie (Dicke 0,5 und 0,12 mm) aufgebaut und zu 5x5x0,5 mm3 vereinzelt mit einem Spalt (0,4 mm) auf der Metallseite. Der TE-Chip wird auf einen wärmeleitenden Träger aufgesetzt und an den heißen bzw. kalten-Flächen angebunden. Diese Technologie ist für die Herstellung von Bi2Te3-TE-Chips bei O-Flexx vorhanden und wird für Silizid-Chips erweitert. Die Vorteile gegenüber konventionellen TEG sind: bis 10-fache Masse- und Materialeinsparung, anpassbarer thermischer Widerstand, Steigerung des verfügbaren deltaT und automatisierte Fertigung in einer verfügbaren Produktionslinie. AP1 Erstellung Lastenheft AP2 Festlegung Kontaktmaterials für die Vorkontaktierung AP3 SPS-Kontaktierung und Entwicklung eines Lotprozesses AP4 Herstellung von TE-Chips im Labor-Maßstab AP5 Up-Scaling der Herstellung dünner TE-Scheiben und deren Kontaktierung AP6 Up-ScalingScaling der Herstellung TE-Chips AP7 Oxidationsschutz der TE-Materialien AP10 Charakterisierung der 'Power Cell'.
Das Projekt "Teilvorhaben 1" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von O-Flexx Technologies GmbH durchgeführt. Im Allgemeinen gehen ca. 65 % der Primärenergie als Abwärme verloren. Durch Abwärmenutzung mittels Thermogeneratoren (TEG) aus nicht- toxischen Mg- und Mn-Siliziden ist eine Reduzierung der CO2-Emisionen und Steigerung der Energieeffizienz möglich. O-Flexx ersetzt den konventionellen TEG-Ansatz durch einen Dünnschicht-TEG: eine Silizidscheibe wird auf einer Metallfolie aufgebaut und vereinzelt. Der TE-Chip wird auf einen wärmeleitenden Träger aufgesetzt und an den heißen bzw. kalten Flächen angebunden. Diese Technologie ist für die Herstellung von Bi2Te3-TE-Chips bei O-Flexx vorhanden und wird für Silizid-Chips erweitert. Die Vorteile gegenüber konventionellen TEG sind: bis 10-fache Masse- und Materialeinsparung, anpassbarer thermischer Widerstand, Steigerung der verfügbaren Temperaturdifferenz und automatisierte Fertigung in einer verfügbaren Produktionslinie. Das Projekt umfasst die Herstellung im Labormaßstab, sowie das Upscaling bis hin zur Charakterisierung der Silizid-Chips in einer 'Power Cell'.
Das Projekt "Teilvorhaben: Entwurf, Simulation und Charakterisierung von Thermogeneratoren auf der Basis organischer Materialien und deren Anpassung an die Erfordernisse von Rolle-zu-Rolle-Prozessen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Institut für Mikrotechnik Mainz e.V. & Co. KG durchgeführt. Das Vorprojekt soll die grundsätzlichen Möglichkeiten zur Entwicklung eines Designs für mit Rolle-zu-Rolle-Technologien aus organischen Materialien auf flexiblen Substraten aufgebaute Thermogeneratoren sowie der dazu benötigten Druckpasten untersuchen. Dem IMM obliegen das Erstellen und Optimieren des Generatordesigns auf der Basis theoretischer Modelle und experimenteller Ergebnisse, die Optimierung der Druckpasten und die Evaluierung der Druckergebnisse. Design und Pasten werden dem Projektpartner EMFT (ehemals IZM) für die Rolle-zu-Rolle-Prozesse von Thermogeneratorstrukturen bereitgestellt. Die Ergebnisse gehen in die weitere Design- und Pastenoptimierung ein. Da als spätere Anwendungen energieautarke Sensorsysteme angestrebt werden, bildet der Bau eines Demonstrators, der einen Generator und einen Akku zu einem energieautarken Powerpack integriert, den Abschluss dieses Vorprojekts. Dieser Demonstrator soll die Entscheidungsbasis zur Entwicklung einer Energieversorgung zukünftiger Sensoreinheiten bilden, die aus den in ihrer Umgebung herrschenden Temperaturdifferenzen genug Energie für ihren eigenen, dauerhaften Betrieb gewinnen können und damit wartungsarm, langlebig und netzunabhängig werden können.
Das Projekt "Teilvorhaben: Buskoppler und Thermogeneratoren (BusTherm)" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von ANGARIS GmbH durchgeführt. Ziel des Verbundprojektes ist die Parametererfassung und -überwachung in Produktionsanlagen. Die Steigerung der Produktivität und Zuverlässigkeit bei gleichzeitiger Reduzierung des Energieverbrauchs wird durch leitungs- und funkbasierte Sensornetzwerke und den Einsatz von Thermogeneratoren erreicht. Das von angaris bearbeitete Teilvorhaben hat zum einen die Anbindung der Sensornetzwerke an industrieübliche Bussysteme der Maschinenebene (z.B. Profibus, Ethernet) zum Inhalt, zum anderen die unabhängige Energieversorgung der Systeme durch Thermogeneratoren. Es sollen also sowohl einfache und kostengünstige Buskoppler als auch integrierbare thermoelektrische Generatoren entwickelt werden. Die Arbeitsplanung ist in 1.7 des Rahmenplans ausführlich dargestellt. Sowohl AP 3 als auch AP 4, an denen angaris maßgeblich arbeitet, werden während der gesamten Laufzeit des Projektes bearbeitet.
Das Projekt "Teilvorhaben: Energierückgewinnung aus Temperaturgradienten: Modulentwicklung und thermische Anbindung" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Fraunhofer-Institut für Physikalische Messtechnik durchgeführt. Der Fraunhofer IPM wird die FEM-Simulation zum internen Aufbau des Thermogenerators durchführen. Mit Hilfe dieser Simulationen wird für den Partner Micopelt die Basis für ein neues Maskenlayout gelegt. Ferner werden FEM-Simulationen zur optimierten Integration in das Gesamtsystem eingesetzt. Hierbei wird IPM die Rahmenbedingungen und Bauteilgeometrien untersuchen, unter denen ein optimaler Energiegewinn mit einem ausreichenden Temperaturgradienten des Systems erreicht wird. Im Rahmen von Vorversuchen zur Bauteilentwicklung auf Si-Wafern soll die thermische Anpassung an die zu erwartenden Temperaturverhältnisse verbessert werden. Mit der Untersuchung verschiedener Kapselmaterialien soll das Korrosionsverhalten unter den zu erwartenden Umgebungsbedingungen mit/ohne Verkapselung simuliert und der Einfluss der Kapselung auf die Effizienz untersucht werden. Einen weiteren, wichtigen Schwerpunkt bilden die Untersuchungen zum Vibrationseinfluss unter Berücksichtigung der Scherkräfte, die die Lebensdauer des Thermogenerators empfindlich beeinflussen können. Außerdem wird IPM die abschließenden Testmessungen an den Einzelkomponenten und des Gesamtsystems auf Modulebene durchführen.
Das Projekt "Teilvorhaben: Prozesstechnik für organische Thermoelemente zur Energieversorgung" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Fraunhofer-Einrichtung für Mikrosysteme und Festkörper-Technologien durchgeführt. Die Verfügbarkeit von n- und p-halbleitenden organischen Materialien ermöglicht die Energieerzeugung über den thermoelektrischen Effekt. Ziel des Vorhabens ist es diesen Effekt für die Entwicklung eines kostengünstigen organischen Thermogenerators zu nutzen. Bedingt durch den relativ geringen Wirkungsgrad müssen dabei eine Vielzahl von Thermoelementen auf einem Foliensubstrat hergestellt werden. Vor allem aus Kostengründen müssen hierbei Folientechniken und Verfahren zur Strukturierung auf großen Flächen eingesetzt werden. Aufgabe des IZM innerhalb des Projektes ist es die Prozesstechnologie anhand zweier Aufbauvarianten im Rolle-zu-Rolle-Verfahren zu entwickeln. In einer zweiten Projektphase werden die Thermogeneratoren dann mit einem Energiespeicher und einer entsprechenden Regelelektronik zu einer autarken Energieversorgung verbunden.
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