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Gewählte Kategorie Chemie
Großforschung für Batterien der Zukunft
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Am KIT arbeiten 200 Wissenschaftler an Hochleistungs-Akkumulatoren
Am Karlsruher Institut für Technologie arbeitet ein Kompetenzteam mit über 200 Experten an Entwicklungen rund um die Elektromobiltät. Es geht um die Analyse der gesamten Produktionskette: von der Chemie bis hin zum fertigen Batteriesystem. Das Ziel: die drastische Senkung der Herstellungskosten leistungsstarker Lithium-Ionen-Batterien auf 250 € pro Kilowattstunde.
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- Informationen zu Competence E des KIT – Link
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Am KIT sind die Arbeiten von Wissenschaftlern unterschiedlicher Forschungsinstitute in das Kompetenzzentrum integriert. An einer Ultra-Hoch-Vakuumanlage analysieren Wissenschaftler verschiedenste Materialien, um die optimale Zusammensetzung für die Elektrodenbeschichtung und die Separatoren zu finden. Am Institut für Thinfilm-Technologie gehen sie der Frage nach, wie sich das Beschichten – also das Aufbringen der Paste auf Folie – im Produktionsprozess beschleunigen lässt. Andere Arbeiten befassen sich mit Fragen, wie Roboterarme die dünnen Folien in der Massenproduktion zerstörungsfrei greifen können, um sie an die nächste Bearbeitungsstation im Herstellungsprozess weiterzugeben.
Bei den Batteriezellen gibt es enormes Einsparungspotenzial: die Zellenfertigung macht fast 50 Prozent der gesamten Batteriekosten aus. Entsprechend groß sind die Möglichkeiten, durch verbesserte Produktionstechnologien Kostensenkungen zu erreichen. Deshalb geht es bei diesen Forschungen nicht nur um Lösungen mit dem Ziel, die Elektronik für das Batteriemanagement zu optimieren, sondern auch um das sogenannte Formieren, das erste Aufladen der Batterie. Ebenso bietet die sogenannte Leckstromprüfung Optimierungspotenzial; sie prüft, ob die Batterie unerwünscht Strom verliert.
© VDMA Verband Deutscher Maschinen- und Anlagenbau 2011
TV-Fenster: biotechnologie.tv – Folge 94
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Wissensmagazin der Biotechnologie-Branche
Das von der Bundesregierung geförderte biotechnologie.tv berichtet alle zwei Wochen über Aktuelles aus diesem stark wachsenden Sektor in Forschung und Industrie. Dieses Mal sogar in eigener Sache. Die drei Schwerpunktthemen der neuesten Ausgabe in unserem TV-Fenster:
- Künstliche Haut aus der Maschine
- HYPERRAUM.TV: Wissenschaft im Web-TV
- Das Projekt “Hackteria”
© biotechnologie.de 2012
Link-Empfehlungen der Redaktion von HYPERRAUM.TV zu weiterführenden Informationen:
– Mehr Brancheninfos über Biotechnologie.de – Link
– e.conomy der Bundesregierung zur Biotechnologie – Link
– Hightech-Strategie der Bundesregierung zur Biotechnologie – Link
© biotechnologie.de 2012
OLEDs – mühsamer Weg zur Massenfertigung
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Trotz zahlreicher Vorteile im Labor ist die Massenproduktion noch nicht machbar
Rund 16 Prozent der elektrischen Energie wird heute für Beleuchtung eingesetzt – Bedarf steigend. Organische Leuchtdioden, kurz OLEDs, gelten als wichtige Innovation; sie bieten erhöhte Effizienz der Lichterzeugung bei geringem Ressourcenaufwand. Am Fraunhofer-Institut für Photonische Mikrosysteme gelang es vor kurzem erstmals, eine 15 Meter lange OLED-Folie prozesstechnisch herzustellen.
Link-Empfehlung der Redaktion zu weiterführenden Informationen:
Mehr zum Leistungsspektrum des IPMS – Link
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Organische Leuchtdioden sind heute im Labor bereits sehr effizient. Die Licht emittierenden Schichten sind nur ein Tausendstel so dünn wie der Durchmesser eines Haares. Eine Spannung von nur wenigen Volt bringt den organischen Farbstoff zum Leuchten. Die OLED-Technologie erlaubt es zudem, Licht unterschiedlicher Farbe zu erzeugen. Der Einsatz der Technologie reicht daher weit über die reine Beleuchtung hinaus, auch Displays könnten künftig damit zum Leuchten gebracht werden. Sie reagieren zudem auf Berührung, Touch-OLEDs konnten im Labor bereits entwickelt werden.
Die OLEDs sind allerdings wasser- und sauerstoffempfindlich; ihre Produktion muss daher im Hochvakuum erfolgen. Noch fehlt es an geeigneter Massenfertigung. Ein entscheidender Schritt hin zur Massenproduktion wurde im Herbst 2011 am Fraunhofer-Institut für Photonische Mikrosysteme erzielt: dem Forschungsteam gelang es, auf einer 15 Meter langen Folie im Rolle-zu-Rolle-Prozess OLEDs herzustellen.
© Fraunhofer-Gesellschaft 2011
TV-Fenster: biotechnologie.tv – Folge 93
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Wissensmagazin der Biotechnologie-Branche
Das von der Bundesregierung geförderte biotechnologie.tv berichtet alle zwei Wochen über Aktuelles aus diesem stark wachsenden Sektor in Forschung und Industrie. Die drei Schwerpunktthemen der neuesten Ausgabe in unserem TV-Fenster:
- Bakterien als Wasserstoff-Fabriken
- Computerchips unter der Haut
- Werden wir ewig leben?
© biotechnologie.de 2011
Link-Empfehlungen der Redaktion von HYPERRAUM.TV zu weiterführenden Informationen:
– Mehr Brancheninfos über Biotechnologie.de – Link
– e.conomy der Bundesregierung zur Biotechnologie – Link
– Hightech-Strategie der Bundesregierung zur Biotechnologie – Link
© biotechnologie.de 2011
Das große Fressen der Designer Bugs
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Bioingenieure konstruieren produzierende Mikroorganismen
Der weißen Biotechnologie werden für die nächsten Jahre Wachstumsprognosen bis zu dreißig Prozent vorausgesagt. Sie befasst sich mit der Entwicklung von Enzymen als Biokatalysatoren für die großtechnische Produktion. Ein spezieller Bereich der Biotechnologie: konstruierte Designer-Mikroorganismen mit spezifischen Aufgaben, die sie in der Produktion übernehmen können. Ihr künftiger Einsatz reicht von der Biokunststoff-Produktion bis zur Vernichtung von Schweröl nach einer Havarie.
Link-Empfehlungen der Redaktion zu weiterführenden Informationen:
- Förderprogramme des Bundes zur weißen Biotechnologie – Link
- Hightech-Strategie der Bundesregierung zur Biotechnologie – Link
- zum Rauchgasprojekt der RWE AG mit der BRAIN AG – Link
- zur Produktion von Designer-Mikroorganismen der BRAIN AG – Link
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Dass kleine Organismen in der Natur erstaunliche Fähigkeiten besitzen, ist an sich keine neue Erkenntnis. Wir finden sie beispielsweise im altbekannten Prozess der Gärung, die Hefepilze im Weinfass vollbringen. Doch erst mit der Molekularbiologie und der Genetik ist es uns gelungen, die grundlegenden biochemischen Reaktionen zu verstehen. Wir wissen heute, dass sie maßgeblich von Enzymen gesteuert werden; Enzyme wirken als chemische Biokatalysatoren auf lebende Organismen. Mit Hilfe der Genetik ist nicht nur das Verständnis der Funktionsweise von Enzymen deutlich gewachsen. Dieses Wissen erlaubt es uns heute sogar, Mikroorganismen gezielt zu „konstruieren“ – mit unterschiedlich rekombiniertem Erbgut. Zweck der genetischen Manipulationen: vorhandene spezifische Fähigkeiten spezieller Mikroorganismen gezielt weiter zu optimieren. Die Fachwelt nennt diese Reagenz-Kreaturen „Designer Bugs“. Ein biotechnologisch gut funktionierender Mikroorganismus ist der erste Schritt auf dem Weg zu einem geeigneten großtechnischen Herstellungsverfahren in einer “Biofabrik”.
Wir stehen heute am Anfang eines neuen Industriezweiges, den die Fachwelt “weiße” Biotechnologie nennt. Die BRAIN AG gehört zu diesen jungen, aufstrebenden Unternehmen, die sich mit industrienahen Forschungen auf diesem Gebiet befasst. In einer Kooperation mit dem Energieversorger RWE wird derzeit eine Demonstrationsanlage entwickelt und getestet. Ziel des Projektes: Designer-Mikroorganismen künftig so zu konfektionieren, dass sie das in konventionellen Kohlekraftwerken erzeugte Rauchgas in Biokunststoffe umwandeln.
© mce mediacomeurope GmbH 2011
TV-Fenster: biotechnologie.tv – Folge 92
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Wissensmagazin der Biotechnologie-Branche
Das von der Bundesregierung geförderte biotechnologie.tv berichtet alle zwei Wochen über Aktuelles aus diesem stark wachsenden Sektor in Forschung und Industrie. Die drei Schwerpunktthemen der neuesten Ausgabe in unserem TV-Fenster:
- Ein Sensor für durstige Pflanzen
- Biotechnologische Weihnachtsgeschenke
- Tumore zum Leuchten gebracht
© biotechnologie.de 2011
Link-Empfehlungen der Redaktion von HYPERRAUm.TV zu weiterführenden Informationen:
– Mehr Brancheninfos über Biotechnologie.de – Link
– e.conomy der Bundesregierung zur Biotechnologie – Link
– Hightech-Strategie der Bundesregierung zur Biotechnologie – Link
© biotechnologie.de 2011
TV-Fenster: biotechnologie.tv – Folge 91
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Wissensmagazin der Biotechnologie-Branche
Das von der Bundesregierung geförderte biotechnologie.tv berichtet alle zwei Wochen über Aktuelles aus diesem stark wachsenden Sektor in Forschung und Industrie. Die drei Schwerpunktthemen der neuesten Ausgabe:
- Die Blaue Süßlupine als Ersatz für tierisches Eiweiß
- Dance your PhD
- Der Science Slam
© biotechnologie.de 2011
Lithium-Ionen-Batterien der zweiten Generation
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Weltweite Forschungen für neue Kathodenmaterialien
Forschungen an Batterien und Akkus haben in den letzten zehn Jahren erheblich an Dynamik gewonnen. Die weltweite Suche nach neuen chemischen Materialien für die Lithium-Ionen-Technologie der nächsten Generation ist angelaufen. Getrieben sind diese Aktivitäten auch durch die rasant wachsende Elektromobilität, die einen Milliardenmarkt im Automobilsektor verspricht. Es geht um leistungsstarke, kompakte Batterien mit wesentlich höherer Lebensdauer als heute. Auch Deutschland will sich in diesem Feld positionieren.
Link-Empfehlungen der Redaktion zu weiterführenden Informationen:
- Bundesforschungsministerium zur Strategie Elektromobilität – Link
- Batterie-Forschungen am Institut für Nanotechnologie des Karlsruher Instituts für Technologie – Link
- Entwicklungen innovativer Kathodenmaterialien in der BASF – Link
- Innovationsallianz “Lithium Ionen Technologie LIB2015″ – Link
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Lithium-Ionen-Batterien werden bereits milliardenfach produziert. Für Laptops sind sie weltweit standardisiert und kosten heute nur noch 150 bis 200 US-Dollar pro Kilowattstunde. Der Markt ist mit neunzig Prozent Anteil derzeit fest in asiatischen Händen. Für den Einsatz in Elektrofahrzeugen bedarf es aber wesentlich leistungsfähigerer Typen. Ein weltweites Rennen um die Marktführerschaft dieser nächsten Batterie-Generation ist angelaufen. Das erklärte Ziel: In den kommenden sieben Jahren sollen die Batteriekosten pro Kilowattstunde von heute 600 bis 1000 € auf 250 € gesenkt werden.
Die große Unbekannte bei den Lithium-Ionen-Batterien ist derzeit ihre Haltbarkeit. Ihr Einsatz im Fahrzeug erfordert einen längeren Lebenszyklus als bisher. Sie müssen kalte Winternächte wie heiße Sommertage verkraften und selbst bei flotter Vollgasfahrweise einwandfrei funktionieren. Offen auch, wie sich häufiges Tiefentladen nicht leer gefahrener Batterien vor jedem Stromtanken im Dauereinsatz auswirkt. Die Forschungen konzentrieren sich heute vor allem auf die Kathode, weil hier der größte Handlungsbedarf besteht. Rohstoffe machen heute rund 70 Prozent der gesamten Kosten einer Zelle aus. Ein Drittel davon entfällt allein auf die Kathode. Einsparung bei den Materialkosten, das ist die eine Seite der Forschungsanstrengungen. Aber auch Reduzierung des Materialgewichts ist angesagt. Für eine Kilowattstunde an Leistung braucht man heute rund zwei Kilogramm des Kathodenmaterials. Da lässt sich noch so manches Gramm wegrationalisieren.
Wissenschaftler experimentieren bereits mit Materialien für die weitere Zukunft, wobei Nanotechnologie eine große Rolle spielt. Perspektiven für die Entwicklung von Batterien der übernächsten Generation zeichnen sich bereits ab – sowohl hinsichtlich der Leistung pro Gewicht als auch hinsichtlich der Leistung pro Volumen. Lithium-Schwefel und Lithium-Luft gelten dabei als große Zukunftsvision.
© mce mediacomeurope GmbH 2011
