Materialwissenschaften

Das Projekt OPTIPUL befasst sich mit den dringenden Bedürfnissen der Verbundwerkstoffindustrie, indem es
Technologien für maßgeschneiderte hybride Verbundwerkstoffe mit variablem Querschnitt entwickelt, welche
aus pultrudierten Faser-Kunststoff-Verbunden (FKV) mit einem vordefinierten Strukturkern mit variablem
Querschnitt bestehen. Diese hybriden Verbundwerkstoffe bieten Flexibilität, stehen jedoch vor
Herausforderungen bei der Werkzeugkonstruktion, der Prozessentwicklung und -optimierung sowie bei der
Verwendung nachhaltiger thermoplastischer Kunststoffe. Bei herkömmlichen Verfahren fällt ein erheblicher
Materialabfall an, der bei variablen Verbundwerkstoffen reduziert werden kann, wodurch die
Ressourceneffizienz erhöht wird. Die Umstellung auf fortschrittliche Werkstoffe erfordert innovative
Technologien, während die Konstruktion für Recyclingfähigkeit und Wiederverwendbarkeit mit den Zielen der
Nachhaltigkeit in Einklang steht. Zu den Zielen des Projekts gehören Prozessentwicklung, Optimierung,
Nachhaltigkeit und Technologiedemonstration. Die potenziellen Anwendungen reichen von der Luft- und
Raumfahrt über die Automobilindustrie bis hin zu anderen Bereichen und versprechen weniger Abfall, höhere
Genauigkeit, Effizienz und Nachhaltigkeit, wobei der Fokus stets auf dem Potenzial für eine kommerzielle
Nutzung liegen soll.

Kontakt
• Ansprechperson TU Chemnitz: Dr.-Ing. Camilo Zopp
(camilo.zopp@mb.tu-chemnitz.de; +49 371 531 34845)
• Ansprechperson Fraunhofer IWU: : M. Sc. David Wagner
(david.loepitz@iwu.fraunhofer.de, +49 371 5397 1073)

 

Na-CerAnode zielt auf die Entwicklung einer hochenergetischen Anode für Natrium-Metall-Batterien
(SMB) ab. Das Projekt untersucht dabei die Realisierung und das bessere Verständnis eines neuen
Anodenkonzepts für Natriumbatterien ohne flüssige Komponenten. Anstelle in organischen
Lösungsmitteln gelöster Natriumsalze wird eine natriumleitende Keramik als Elektrolyt und Separator
der Batterie verwendet. Dabei wird Natriummetall als Anodenmaterial verwendet. Hierbei wird das
Natrium aber nicht als planare Elektrodenschicht mit dem Separator kontaktiert, sondern in einer
anodenseitigen Porosität der Keramik abgeschieden. Der keramische Ionenleiter fungiert somit als
geometrische Wirtsstruktur für die Natriumabscheidung. Im Projekt arbeiten neben dem Fraunhofer
IKTS mit Fokus auf der porösen keramischen Komponente und dem Batterietest, das CEMEA
(Slowakei) an geeigneten, funktionalen ALD-Beschichtungen, das LaMaV (Brasilien) an Flash-
Sintertechnologien und die TU Dresden an fortschrittlichen elektrochemischen und
materialanalytischen Charakterisierungsmethoden zusammen. In Na-CerAnode sollen die folgenden
Ziele erreicht werden. (I) Die Batterie verzichtet auf den Einsatz von Lithium, einer durch die hohe
Nachfrage nach Lithium-Ionenbatterien (LIBs) zunehmend knappen Ressource. (II) Die Batterie
gewinnt durch den Verzicht auf brennbare Flüssigkeiten deutlich an Sicherheit. Dies ist insbesondere
für den Einsatz in Elektrofahrzeugen von hoher Wichtigkeit. (II) Die bislang unzureichende
Ratenfähigkeit der Alkalimetall/Keramik Grenzfläche in Festkörperbatterien (SSBs) wird durch die
Natriumabscheidung im porösen Wirtsmaterial deutlich erhöht. Dies gelingt durch eine drastische
Vergrößerung der Oberfläche, wodurch Stromdichten deutlich reduziert werden. (III) Durch die
Abscheidung von Natrium in der Porosität der Wirtsstruktur wird die Zellatmung während der
Batteriezyklierung unterbunden. Dies reduziert Degradation und erlaubt neue Konzepte für
vielschichtige Festkörperbatterien. Insbesondere sind durch die Umsetzung des Projektansatzes
Festkörperbatterien mit dünnen keramischen Separatoren (Dicke < 30 μm) denkbar, ohne dass die
fragilen gesinterten Folien auf ihre eigene Stabilität angewiesen sind. Die poröse Wirtsstruktur würde
diesen dünnen Separatoren in allen Ladungszuständen der Batterie mechanische Stabilität verleihen.
(IV) Neben der technischen Entwicklung, wird durch Charakterisierung des Zellkonzepts das
mechanistische Verständnis der Na-CerAnode weiter aufgebaut. (V). Durch entsprechende Analysen
soll die technische Umsetzung der Na-CerAnode vor dem Hintergrund einer nachhaltigen
europäischen Wirtschaftspolitik bewertet und optimiert werden.

Kontakt
Projektleiter und Ansprechperson Fraunhofer IKTS: Dr. Kristian Nikolowski
(kristian.nikolowski@ikts.fraunhofer.de, +49 351 2553-7267)
• Projektleiter TU Dresden: Prof. Dr. Alexander Michaelis
(alexander.michaelis@tu-dresden.de, +49 351 25537512)
• Ansprechperson TU Dresden: Dr. Ulrike Langklotz
(ulrike.langklotz@tu-dresden.de, +49 351 2553-7934)

 

 

Die globalen Chemiesysteme sind überwiegend linear, fossil abhängig und emissionsintensiv. Die Suche nach nachhaltigen Lösungen für die Produktion von Chemikalien in einer Kreislaufwirtschaft ist ehrgeizig, aber notwendig für eine nachhaltige Zukunft. Das Hauptziel des LivMat-Projekts besteht darin, natürliche Ressourcen (z. B. Naturfasern) und Abfallressourcen (z. B. CO2) zu erfassen und zu nutzen, um katalytische lebende Materialien (cat-LMs) zu entwickeln, die robust, energieeffizient und für die chemische Produktion skalierbar sind. LivMat entwickelt ein synthetisches mikrobielles Konsortium, das auf natürliche Ressourcen und Abfallstoffe zurückgreift, und konstruiert auf kat-LMs basierende Bioreaktor-Prototypen für die kontinuierliche Monomerproduktion. Die Kommerzialisierung des LivMat-Konzepts wird CO2 binden und die Ziele der EU zur Reduzierung der Treibhausgasemissionen unterstützen. Die Entwicklung von Bioreaktor-Prototypen für die kontinuierliche chemische Produktion unterstützt den europäischen Green Deal und den Aktionsplan für die Kreislaufwirtschaft.

Kontakt
Dr. Susanne Ebitsch, 0341/ 9731387, susanne-ebitsch@uni-leipzig.de
Dr. Rohan Karande, 0341/ 9736593, rohan.karande@uni-leipzig.de