NanoEnergieTechnikZentrum: Eine Chance für nachhaltige Energieversorgung und eine Chance für NRW

1. NanoEnergieTechnikZentrum: Eine Chance für nachhaltige Energieversorgungund eine Chance für NRW

2. Energie ist das Thema der Zukunft Sicherung einer nachhaltigen Energieversorgung nur durch Maßnahmenbündel Energieerzeugung Energiespeicherung Energieeffizienz Es wird ein Megamarkt für nachhaltige Energietechniken entstehen Deutsche Wirtschaft muss Vorreiterrolle übernehmen Thesen: Energieforschung CeNIDE, Universität Duisburg-Essen, Dr. Alina Leson

3. Verbesserung bestehender und völlig neue CeNIDE, Universität Duisburg-Essen, Dr. Alina Leson Evolutionäre und revolutionäre Forschung • Materialien, • Methoden, • Systeme und • Verfahren ... beispielsweise durch intelligenten Einsatz von Nanomaterialien

4. CeNIDE, Universität Duisburg-Essen, Dr. Alina Leson Eine neue Dimension zum Maßschneidern von Materialien Größe / Form Warum Nanomaterialien ? Über die chemische Zusammensetzung hinaus ...

5. CeNIDE, Universität Duisburg-Essen, Dr. Alina Leson Maßschneidern Gold ... ... ist nicht gleich Gold! Und Silizium ist nicht gleich Silizium.

6. CeNIDE, Universität Duisburg-Essen, Dr. Alina Leson Nano für Energie? • Zahlreiche, wirtschaftlich relevante Energie-Wandlungsprozesse finden an Grenz- und Oberflächen statt • Nanomaterialien sind daher wegen Ihres großen Oberfläche- zu Volumenverhältnisse für die Energietechnologie von besonderem Interesse!

7. Für Nanomaterialien sind hervorragende Eigenschaften nachgewiesen! Breites Anwendungsspektrum im Bereich der Energietechnik tut sich auf! CeNIDE, Universität Duisburg-Essen, Dr. Alina Leson Übertragung in die Anwendung • Dilemma: • Verfügbarkeit häufig nur in geringsten Mengen • Fragestellung der industriellen Verarbeitbarkeit lassen sich nicht untersuchen • Mögliche Anwendungen liegen brach, weil nicht die gesamte Herstellungskette untersucht werden kann • Strategie: • Vergrößere Anlagen in den Technikumsmaßstab • Sicherstellen von Arbeitssicherheit und Nachhaltigkeit • Bereitstellung von Nanomaterialien für die Produktentwicklung • Weiterentwicklung der Verfahren und Herstellungsprozesse

8. CeNIDE, Universität Duisburg-Essen, Dr. Alina Leson Skalierung!

9. NanoEnergieTechnikZentrum: Funktionale Nanopartikel-Kompositmaterialien für energietechnische Anwendungen Beteiligung am Wettbewerb NanoMikro&Werkstoffe.NRW (4.2008) Projektstart 7.2009 Laufzeit: 3 Jahre, Budget ca. 12 Mio€ Partner (aktueller Stand): Institut für Energie- und Umwelttechnik e.V., IUTA Zentrum für BrennstoffzellenTechnikGmbH Max-Planck-Institut für Kohlenforschung, Mülheim WWU Münster diverse Unternehmen (LoI) Phase 1: Landesprojekt CeNIDE, Universität Duisburg-Essen, Dr. Alina Leson

10. Strategie • Entwicklung einer übergreifenden Technologie-Plattform • Realisierung spezifischer, Nano-basierter Systeme mit starken Partnern aus Industrie und Forschungseinrichtungen Synthese Nanopartikel CeNIDE, Universität Duisburg-Essen, Dr. Alina Leson

11. P1: Nanopartikelsynthese • Synthese von Nanopartikel variabler Zusammensetzung, Größe und Morphologie • Gasphasensynthese bietet Materialien in technisch interessantem Mengenmaßstab und mit hoher Reinheit • Aufbau von Verfahren zur Spraypyrolyse und deren Integration in die Plasmasyntheseanlage

12. Strategie • Entwicklung einer übergreifenden Technologie-Plattform • Realisierung spezifischer, Nano-basierter Systeme mit starken Partnern aus Industrie und Forschungseinrichtungen Formulierung Hybrid-Materialien Funktionalisierung Synthese Nanopartikel CeNIDE, Universität Duisburg-Essen, Dr. Alina Leson

13. P2: Funktionalisierung, Formulierung, Hybride Materialien • Funktionalisieren in der Gasphase • Nasswäsche der Partikel-beladenen Gasströmungen • Überführung in stabile Dispersionen zur Produktion • Pyrolyse von beladenen NP-Polymeren

14. Strategie • Entwicklung einer übergreifenden Technologie-Plattform • Realisierung spezifischer, Nano-basierter Systeme mit starken Partnern aus Industrie und Forschungseinrichtungen Beschichtung Immobilisierung Verarbeitung Formulierung Hybrid-Materialien Funktionalisierung Synthese Nanopartikel CeNIDE, Universität Duisburg-Essen, Dr. Alina Leson

15. P3: Beschichtung, Immobilisierung, Verarbeitung • Drucken von Pasten/Schichten • Pressen von Pulvern • Tempern / Lasersintern von Schichten

16. Strategie • Entwicklung einer übergreifenden Technologie-Plattform • Realisierung spezifischer, Nano-basierter Systeme mit starken Partnern aus Industrie und Forschungseinrichtungen Thermoelektrik Brennstoffzellen Batterietechnik Beschichtung Immobilisierung Verarbeitung Formulierung Hybrid-Materialien Photovoltaik Katalysatoren Funktionalisierung Synthese Nanopartikel CeNIDE, Universität Duisburg-Essen, Dr. Alina Leson

17. Zentrum für Brennstoffzellentechnik • Anwendungsprojekt A1: Brennstoffzellen • a) Langzeitstabilität von Katalysatorträgermaterialien: • Membranbrennstoffzellen nutzen nanoskalige Platinpartikel als Katalysatoren • Ziel, die Pt-Menge bei gleich bleibender elektrochemischer Aktivität zu minimieren. • Wichtig: Alterungsverhalten der Elektroden • erhöhte Temperaturen und wechselnde Potentiale der Elektroden lassen Pt-Partikel auf der hydrophoben Kohlenstoffschicht wandern und agglomerieren • Verlust von katalytisch aktiver Fläche CeNIDE, Universität Duisburg-Essen, Dr. Alina Leson

18. Zentrum für Brennstoffzellentechnik • Anwendungsprojekt A1: Brennstoffzellen • a) Langzeitstabilität von Katalysatorträgermaterialien: • Ziel: langzeitstabile Elektroden mit möglichst geringer Edelmetallbeladung (<0,1 mg/cm2 Pt) zu entwickeln, die trotzdem höchste Leistungsdichten generieren. • Ansatz: Strukturierung der Katalysatorträgermaterialien gezielt variieren • elektrisch leitfähige Trägermaterialien mit nanoskaligen Ankerpunkten zu versehen, welche die Edelmetallpartikel stabilisieren und deren Agglomeration verhindern. CeNIDE, Universität Duisburg-Essen, Dr. Alina Leson

19. Zentrum für Brennstoffzellentechnik • Anwendungsprojekt A1: Brennstoffzellen • b) Oberflächenmodifikation : • Problem: • - In PEM-Brennstoffzellen liegt ein Teil des erzeugten Wassers flüssig vor • - Die am ZBT in Entwicklung befindlichen Mikrobrennstoffzellen müssen dagegen einen passiven Wasseraustrag realisieren. • Ansatz: Strukturen und Oberflächen in der Brennstoffzelle müssen so gestaltet werden, dass die Elektroden weitgehend frei von flüssigem Wasser bleiben. CeNIDE, Universität Duisburg-Essen, Dr. Alina Leson

20. Zentrum für Brennstoffzellentechnik • Anwendungsprojekt A1: Brennstoffzellen • b) Oberflächenmodifikation : • Ziel: Durch eine Nanostrukturierung sollen die Oberflächeneigenschaften der Gasdiffusionslage und der Bipolarplatten gezielt variiert werden. • Durch aufeinander abzustimmende Gradienten von Porosität und Hydrophilie kann ein passiver Abtransport des Wassers unterstützt werden. CeNIDE, Universität Duisburg-Essen, Dr. Alina Leson

21. Strategie • Entwicklung einer übergreifenden Technologie-Plattform • Realisierung spezifischer, Nano-basierter Systeme mit starken Partnern aus Industrie und Forschungseinrichtungen Thermoelektrik Brennstoffzellen Batterietechnik Beschichtung Charakterisierung, Messtechnik Alterungs-, Stabilitäts- Untersuchungen Immobilisierung Verarbeitung Formulierung Hybrid-Materialien Photovoltaik Katalysatoren Funktionalisierung Charakterisierung Simulation Nachhaltigkeit Sicherheit Synthese Nanopartikel Prozessüberwachung, Sicherheit Theorie, Modelle, Simulation CeNIDE, Universität Duisburg-Essen, Dr. Alina Leson

22. Beteiligung Forschungsbau-Ausschreibung Vollversion genehmigt 5/2009, Baubeginn: Frühjahr 2010, Bezug Frühjahr 2012 Budget ca. 45 Mio.€ Ziele Bau und Bezug eines eigenen Forschungsgebäudes Schwerpunkt auf interdisziplinäre Zusammenarbeit Abbildung der Prozessketten in spezifischen Labors Aufbau gemeinsam genutzter Einrichtungen zur Charakterisierung Phase 3 Ausgründungen Weitere lokale und regionale Vernetzung DAS Zentrum für NanoEnergie CeNIDE, Universität Duisburg-Essen, Dr. Alina Leson Phase 2: Forschungsbau

23. CeNIDE, Universität Duisburg-Essen, Dr. Alina Leson • Hauptnutzfläche: ca. 3.900 m2 • 5 Büroetagen mit insgesamt 66 Büros • 4 Laboretagen mit insgesamt 36 Laboren, Mikroskopiezentrum mit 5 baulich entkoppelten Spezialräumen • Mitarbeiter:120 Forscher aus den Fakultäten für Chemie, Ingenieurwissenschaften und Physik sowie Forscher der kooperierenden Einrichtungen

24. Vielen Dank fürIhre Aufmerksamkeit www.cenide.de CeNIDE, Universität Duisburg-Essen, Dr. Alina Leson