Glasgefäße mit Beschriftung Katholyt und Anolyt

Forschungsprojekte

Glasgefäße mit Beschriftung Katholyt und Anolyt

Laufende Projekte

Horizon 2020 "Widening Participation": FunGlass - Center of functional and surface-functionalized glasses Inhalt einblenden

Prof. Dr. Lothar Wondraczek
Gefördert von der Europäischen Kommission
Laufzeit: 2015 bis 2024

Koordination des DFG Schwerpunktprogramms "Polymer-basierte Batterien" (SPP 2248) Inhalt einblenden

Prof. Dr. Ulrich S. Schubert
Gefördert von der Deutschen Forschungsgemeinschaft e. V. (DFG)
Laufzeit: 2020 bis 2023

Forschergruppe LiNaKon - Entwicklung innovativer Hochleistungs-Lithium- und Natrium-Ionen-Kondensatoren Inhalt einblenden

Prof. Dr. Andrea Balducci
Gefördert von der Thüringer Aufbaubank (TAB)
Laufzeit: 2019 bis 2022

SFB/TRR 234 CataLight, Teilprojekt B01: Struktur-Eigenschafts-Beziehungen funktioneller Kopolymere auf DNA-Nanolagen Inhalt einblenden

Prof. Dr. Ulrich S. Schubert
Gefördert von der Deutschen Forschungsgemeinschaft e. V. (DFG)
Laufzeit: 2018 bis 2022

DNA-Origamis werden genutzt, um funktionelle molekulare Einheiten wie Photosensibilisatoren, Elektronenshuttles oder Katalysatoren oder auch Kopolymere räumlich präzise anzuordnen. Struktur-Eigenschaftsbeziehungen dieser Systeme sowie Elektronentransfer innerhalb der Einheiten werden untersucht. Die genaue Anordnung zweier getrennter molekularer Einheiten auf der DNA-Oberfläche, in räumlicher Nähe zu Polymeren oder die Anordnung zweier Polymere werden untersucht.

SFB/TRR 234 CataLight, Teilprojekt B02: Integration photoredoxaktiver Komplexe in redoxaktive Polymere für die Lichtinduzierte Auf- und Entladung durch zusätzlich integrierte molekulare Katalysatoren Inhalt einblenden

Prof. Dr. Ulrich S. Schubert
Gefördert von der Deutschen Forschungsgemeinschaft e. V. (DFG)
Laufzeit: 2018 bis 2022

Das Projekt entwickelt die Integration von Photoredox-aktiven Ru-Photosensibilisatoren in redoxaktive Kopolymere durch supramolekulare Wechselwirkungen. Redoxaktive Gruppen wie Anthrachinone oder Viologene werden in den Polymerstrang eingebettet und können als Multielektronen-Speichereinheit während katalytischer Prozesse fungieren. Weitere Funktionalisierung der Polymerstränge durch molekulare HER-Katalysatoren wird untersucht, um katalytisch aktive Systeme zu erzeugen. Anschließend wird der Einfluß der Kopolymer-Struktur auf Elektronentransferprozesse im Detail untersucht.

Innovationszentrum CEEC Jena Inhalt einblenden

Gefördert durch den Freistaat Thüringen und durch den Europäischen Fonds für Regionale Entwicklung (EFRE)
Laufzeit: 2017 bis 2022

Das Innovationszentrum CEEC Jena bietet Forschungs- und Entwicklungsleistungen sowie Aus- und Weiterbildungsangebote in drei Bereichen – der Energieerzeugung, der Energiespeicherung und der Umwelttechnik – an. Der Förderantrag betraf die aktuellen Aktivitäten und Besonderheiten des CEEC Jena im Gebiet der Energiespeicherung.

Innovative Energiespeichertechnologien sind ein wichtiges Element zum Gelingen der Energiewende in Deutschland und für die zukünftige Wertschöpfung als Industrienation in einer Vielzahl von Produktbereichen. Das CEEC Jena hat sich darauf spezialisiert, Batterien der nächsten und übernächsten Generation („Beyond Lithium Batteries“) in einem ganzheitlichen Forschungsansatz, der von der anwendungsorientierten Grundlagenforschung bis zur Entwicklung von Prototypen reicht, zu entwickeln. Das CEEC Jena verzichtet im Gegensatz zu konkurrierenden Forschungsansätzen auf den Einsatz von Metallen (zum Beispiel von Cobalt in Lithium-Batterien bzw. Seltenen Erden in Nickel-Metallhybrid-Batterien) durch umweltfreundliche Alternativen aus Polymeren (Kunststoffen) oder Keramiken.

Die wissenschaftlichen, wirtschaftlichen und gesellschaftlichen Potenziale innovativer Batteriespeicher – von kleinen druckbaren Polymerbatterien über Natrium-Ionen-Batterien bis hin zu großen stationären Energiespeichern (zum Beispiel Polymer-Redox-Flow- Batterien) – werden durch zahlreiche Studien renommierter Experten bestätigt. Das CEEC Jena konnte sich in diesem Segment erfolgreich etablieren und verfügt über ein klares Entwicklungskonzept, um die Chancen der Energiewende für den Standort zu nutzen. Damit unterstützt das CEEC Jena zentral die Zielsetzungen, die im Rahmen der Regionalen Forschungs- und Innovationsstrategie (RIS 3 Thüringen) festgelegt worden sind. Ziel ist es einerseits die wissenschaftliche Spitzenpositionen auf- bzw. auszubauen und zugleich die Voraussetzungen zu schaffen, vollständige Produktions- und Wertschöpfungsketten für Batteriespeicher in Thüringen und Deutschland aufzubauen.

Natrium-Ionen Batterie Demonstratoren für mobile und stationäre Energiespeicher Inhalt einblenden

BMBF-Verbundprojekt TRANSITION

Prof. Dr. Philipp Adelhelm
Gefördert vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF)
Projektpartner: HIU Ulm (Leitung), Friedrich-Schiller Universität Jena, Zentrum für Sonnenenergie- und Wasserstoff-Forschung (ZSW, Ulm)
Laufzeit: 2019-2021

Gegenstand des BMBF-Verbundprojekts sind Untersuchungen zu Natriumionenbatterien

Natriumbasierte feste Sulfid- und Oxid-Elektrolyt-Batterien Inhalt einblenden

Prof. Dr. Philipp Adelhelm
Gefördert vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (Verbundprojekt BMBF)
Projektpartner: Volkswagen AG (Leitung), Friedrich-Schiller Universität Jena, Justus-Liebig Universität Giessen, Forschungszentrum Jülich
Laufzeit: 2019-2021

Gegenstand des BMBF-Verbundprojekts unter Leitung der Volkswagen AG sind Untersuchungen zu natriumbasierten Feststoffbatterien (solid state batteries).

Thermo-E: Kombination eines thermischen Energiespeichers mit einem elektrochemischen Energiespeicher - Entwicklung eines Kombispeichersystems Inhalt einblenden

Prof. Dr. Ulrich S. Schubert
Projektpartner: HM Heizkörper
Gefördert von der Thüringer Aufbaubank (TAB), Co-finanziert durch Europäischen Fonds für Regionale Entwicklung (EFRE)
Laufzeit: 2018 bis 2021

Im Rahmen des Verbundprojektes werden neue Energiespeicher erforscht, welche sich sowohl für die Speicherung elektrischer Energie als auch von Wärmeenergie eignen.

LIBRA - Low cost battery based on abundant elements Inhalt einblenden

Prof. Dr. Philipp Adelhelm
Gefördert vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) und der Europäischen Union
Projektpartner: Prof. Dr. Teofilo Rojo (CIC EnergiGUNE, Álava, Spanien), Prof. Dr. Shinichi Komaba (Tokyo University of Science, Tokio, Japan)
Laufzeit: 2018-2021

Forschergruppe Hy-NIB Hybridfestelektrolyte für Natriumionenbatterien Inhalt einblenden

Prof. Dr. Philipp Adelhelm, Prof. Dr. Ulrich S. Schubert, Prof. Dr. Lothar Wondraczek, Prof. Dr. Michael Stelter
Gefördert von der Thüringer Aufbaubank (TAB) und dem Eu­ro­päi­schen So­zi­al­fonds (ESF)
Laufzeit: 2018-2021

Im Zentrum dieser Forschergruppe steht das Thema „Neuartige Hybridfestelektrolyte für Natrium­ionenbatterien (Hy-NIB)“. Dabei wird die Expertise von vier verschiedenen Arbeitsgruppen in den Bereichen Natriumionenbatterien (AG Adelhelm), Polymere für Batterieanwendungen (AG Schubert), ionenleitfähige Keramiken (AG Stelter, über Anbindung Fraunhofer IKTS Hermsdorf) sowie nichtkristallinen Materialien und Materialsynthese (AG Wondraczek) aufgegriffen. Primäres Ziel ist die Präparation und Charakterisierung von natriumionenleitenden Hybridfestelektrolyten, welche auf einem Komposit bestehend aus Polymermatrix mit dispergierter Keramikphase basieren und für den Einsatzbereich bis 65 °C vorgesehen sind. Der Hybridansatz soll dabei die Vorteile polymerer und keramischer Festelektrolyte kombinieren und gleichzeitig derzeitige Schwierigkeiten der einzelnen Systeme umgehen. Rein keramische Elektrolyte zeigen hohe Leitfähigkeiten, sind aufgrund ihrer Sprödigkeit bisher aber nur schwer prozessierbar. Rein polymere Elektrolyte können aufgrund ihrer unzureichenden Leitfähigkeit bisher nicht bei Raumtemperatur eingesetzt werden. Beiden gemeinsam aber ist ein höheres Maß an Betriebssicherheit im Vergleich zu konventionellen Flüssigelektrolyten. Mit dem Fokus auf Natriumionenbatterien wird zugleich ein noch sehr neues Forschungsfeld erschlossen. Mögliche Vorteile gegenüber der bereits wesentlich genauer untersuchten Lithiumionen­technologie liegen in der wesentlich besseren Verfügbarkeit des Elements (Preis), der geringeren Ionenfeldstärke (geringere Polarisation der chemischen Umgebung), dem Vorhanden­sein keramischer Festelektrolyte mit besonders günstigen Gesamteigenschaften (beta-Aluminat, Nasicon) sowie die bessere Verformbarkeit des Metalls. Mit Blick auf die An­wendung ist der Einsatz von Natriumionenbatterien insbesondere für stationäre Energie­speicher mit hoher Speicherdichte interessant.

EDLstruct - Der Einfluss der porösen Struktur von Kohlenstoffelektroden und Elektrolyteigenschaften auf die Bildung und Zusammensetzung der elektrolytischen Doppelschicht Inhalt einblenden

Prof. Dr. Andrea Balducci
Gefördert von der Deutschen Forschungsgemeinschaft e.V. (DFG)
Laufzeit: 2018 bis 2021

Eine der vielsprechenden Strategien zur schnellen Energiespeicherung, und somit zur Verwirklichung von Hochleistungsenergiespeichern, stellt die Ausbildung einer elektrischen Doppelschicht (electrical double-layer - EDL) in einer porösen, leitfähigen Elektrode, wie z.B. Aktivkohlenstoff (activated carbon - AC), dar. Existierende Modelle von EDLs, die die Grenze zwischen Elektrolyt und Elektrode darzustellen versuchen, stellen diese Grenze als glatte und flache Oberfläche dar, wodurch diese Modelle für AC-Elektroden, die zum größten Teil mikroporös sind (Porengröße < 2 nm), ungeeignet sind. Vor kurzem wurden mittels in-situ Techniken wichtige Informationen über das Doppelschichtverhalten in AC-Elektroden erhalten, wobei allerdings nur ein spezifischer Kohlenstoff und ein spezifischer Elektrolyt verwendet wurden.Aus diesem Grund sollen im EDLstruct Projekt eine Vielzahl von organischen Elektrolyten mit einer Vielzahl von Aktivkohlenstoffen, deren Porosität exakt definiert ist, kombiniert werden mit dem Ziel i) den Einfluss von Porengröße und Molekülgröße auf das Lösungsmittel/Ionen Verhältnis unter Polarisierung zu untersuchen und ii) Zusammenhänge zwischen der Struktur der EDL und dem Rückgang der elektrochemischen Leistungsfähigkeit von Kohlenstoff basierten Elektroden in Abhängigkeit der Temperatur zu finden.Um dieses Projekt realisieren zu können, müssen Fachkenntnisse in Kohlenstoffmaterialien (Arbeitsgruppe PUT) als auch Elektrolyte (Arbeitsgruppe FSU Jena) gebündelt werden. Zusätzlich sind in-operando Techniken (Arbeitsgruppe PUT) notwendig, um die Effekte von molekularen Fließbewegungen und die Auflösung der EDL während der Polarisierung der Elektroden aufzuzeichnen. Die Forschungszielvorgaben werden durch die Verbindung von fünf Arbeitspaketen (WP) erreicht. Die Gruppe der FSU Jena wird eine gewisse Anzahl von nichtwässrigen Elektrolyte konzipieren (WP1), während die Gruppe der PUT ACs mit unterschiedlicher Struktur herstellen und charakterisieren wird. Die elektrochemische Leistungsfähigkeit der ACs in Kombination mit den ausgewählten Elektrolyten wird von beiden Gruppen untersucht. Um Informationen über die Doppelschichtausbildung zu erhalten, führt die PUT Gruppe post-mortem Analysen, wie Temperatur-programmierte Desorption der polarisierten Elektroden und in-operando elektrische Dilatometrie aus (WP3). Der Einfluss der Elektroden-Elektrolyt-Wechselwirkung auf die thermische Stabilität der Doppelschicht wird durch die Gruppen der FSU Jena (TGA/DSC) und der PUT (elektrochemische on-line Massenspektrometrie) in WP4 untersucht. Die experimentellen Ergebnisse werden in WP5 kritisch diskutiert und bieten die Grundlage für Veröffentlichungen in Fachzeitschriften und Präsentationen auf internationalen Fachtagungen.

Redox-aktive ionische Flüssigkeiten in Redox Flow Batterien Inhalt einblenden

Prof. Dr. Ulrich S. Schubert
Gefördert von der Deutschen Forschungsgemeinschaft e. V. (DFG)
Laufzeit: 2018 bis 2021

Redox-Flow Batterien (RFBs) sind interessante Kandidaten für die stationäre Energiespeicherung. Ihre Kapazität und Leistung kann unabhängig voneinander skaliert werden, indem entweder die Größe des Speichertanks oder des Zellstapels angepasst wird. Im Gegensatz zu klassischen Batterien basieren Redox-Flow Batterien auf Aktivmaterialien, welche gelöst (supendiert) in einem flüssigen Elektrolyten vorliegen. Daher sind die erreichbaren Energiedichten durch die Gegenwart des nicht-aktiven Lösungsmittels (oftmals Wasser) beschränkt. Bis heute wurde hauptsächlich die Vanadium-RFB intensiv untersucht; diese basiert auf Vanadiumionen, welche in Schwefelsäure gelöst sind. In den letzten Jahren ist zunehmend das Interesse an organischen (polymeren) Aktivmaterialien gestiegen.Dieses gemeinsame Projekt hat die Entwicklung von neuen redox-aktiven ionischen Flüssigkeiten (IL) für RFB-Elektrolyte zum Ziel. Hierbei werden alle Moleküle des Elektrolyten redoxaktiv sein. Weiterhin wird das beschränkte Spannungsfenster von wässrigen Elektrolyten erweitert. Dies resultiert schlussendlich in höheren erreichbaren Energiedichten. Im Rahmen des Projektes arbeiten die beiden Partner an der Friedrich-Schiller-Universität Jena (Institut für Technische Chemie und Umweltchemie sowie Institut für Organische Chemie und Makromolekulare Chemie) eng zusammen. Der letztgenannte Partner wird die Synthese und strukturelle Charakterisierung der neuen redoxaktiven ILs durchführen. Diese ILs setzen sich aus einer redoxaktiven Gruppe und ionischen Gruppen zusammen. Zusätzliche werden Zelltests durchgeführt nachdem der Partner ITUC die hergestellten Materialien intensiv untersucht hat. Hier stehen insbesondere die elektrochemischen und thermischen Eigenschaften dieser Materialien im Vordergrund.

Blockcopolymer-basierte Hybridmaterialien zur Herstellung von Biosensoren für die direkte elektrochemische Bestimmung von Nukleinsäuren und Hämoproteinen Inhalt einblenden

Prof. Dr. Felix Helmut Schacher
Gefördert von der Deutschen Forschungsgemeinschaft e.V. (DFG)
Laufzeit: 2018 bis 2021
DFG Verbundprojekt DFG/RSF
Partner: Dr. Larisa Sigolaeva, Moscow State University, Russia

Das Projekt zielt auf die Entwicklung von Reagenz-freien elektrochemischen Methoden für die Identifizierung und quantitative Bestimmung von Nukleinsäuren und Hämoproteinen ab. Die Menge an zirkulierender Tumor DNA, RNA oder mikro RNA kann als Maß für die Diagnose und Vorhersage verschiedener Krebstypen herangezogen werden. Gleichzeitig wird während der Behandlung von Krebszellen eine beträchtliche Menge an Cytochrom C freigesetzt und diese kann als Maß für die Effizienz eines Anti-Tumor Wirkstoffs, die Untersuchung neuer vielversprechender Kandidaten oder im Gegenzug als Indikator für die Resistenz von Zellen gegenüber derartigen Therapien angesehen werden. Die parallele Bestimmung und Quantifizierung dieser Biomarker nebeneinander würde eine beträchtliche Verbesserung der Effizienz von Krebstherapien bedeuten, gerade im Hinblick auf kleine Unterschiede zwischen verschiedenen Patienten und dadurch zur Entwicklung einer personalisierten Medizin beitragen.Die Sensitivität direkter elektrochemischer Analytik hängt strikt von einer guten Integration des Analyten innerhalb der Arbeitselektrode ab, in unserem Fall ein nanostrukturiertes Kompositmaterial. Hierfür werden wir Kohlenstoffnanomaterialien (Kohlenstoffnanoröhren oder Graphenoxid) mit metallischen Nanopartikeln (Gold oder Silber) und amphiphilen Blockcopolymeren kombinieren. In diesem Zusammenhang konzentrieren wir uns zuerst auf eine homogene Dispergierung der Kohlenstoffnanomaterialien, gefolgt von einer Integration der Metall-Nanopartikel. Die hierbei verwendeten amphiphilen Diblockcopolymeren dienen dabei dreierlei Zweck: zuerst dienen diese durch ihre Amphiphilie als Dispergierungshilfe für die Kohlenstoffnanomaterialien, gefolgt von einer Komplexierung von Metallionen im hydrophilen Teil der Blockcopolymere mit einer nachgeschalteten Reduktion zu Nanopartikeln. Schließlich dienen die verwendeten Diblockcopolymere noch als Matrixmaterial, um während der Messungen eine spezifische Interaktion mit den angestrebten Biomolekülen zu gewährleisten. Die Kohlenstoffnanomaterialien hingegen dienen beiderseits der Verbesserung der Leitfähigkeit des Kompositmaterials und sorgen für einen effizienteren Elektronentransfer. Es wird zudem erwartet, dass die Metallnanopartikel electrochemische Reaktionen katalysieren. Zusammen erhoffen wir uns von diesen Effekten eine beträchtliche Verbesserung der Sensitivität und Selektivität der Biosensoren für die direkte elektrochemische Analyse von Nukleinsäuren und Cytochrom C.Innerhalb dieses Projektes werden die Effekte von Aufbau und Zusammensetzung der Biosensoren systematisch mit den resultierenden Bio-analytischen Eigenschaften verglichen. Die vielversprechendsten Konstrukte werden hiernach zuerst auf ihre Eignung als Biosensoren hin untersucht, gefolgt von Anwendungsstudien in komplexen reellen Proben (Blut, Plasma, Serum).

Horizon 2020 "Excellent Science" (ERC) : Unifying concepts in the topological design of disordered solids - UTOPES Inhalt einblenden

Prof. Dr. Lothar Wondraczek
Gefördert von der Europäischen Kommission
Laufzeit: 2016 bis 2021

In-Line Puls-Phasen-Thermografie für die Rolle-zu-Rolle Prozess-Kontrolle Inhalt einblenden

ZIM FuE-Kooperationsprojekt

PD Dr. Harald Hoppe
Gefördert vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWI)
Projektpartner: InfraTec GmbH, Dresden
Laufzeit: 2019-2020

Gegenstand des ZIM-Projektes ist die Entwicklung einer Inline-Inspektion, die für die Hochdurchsatzproduktion von Rollenwaren, und insbesondere für die Dünnschichtphotovoltaik, auch bei sehr hohen Bandvorschüben geeignet ist.

PhotoFlow - Photoelektrochemische Redox-Flow-Batterien - Entwicklung von redoxaktiven Polymeren Inhalt einblenden

Prof. Dr. Ulrich S. Schubert
Gefördert vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWI)
Laufzeit: 2017 bis 2020

Mit dem Forschungsvorhaben zur Entwicklung einer photoelektrochemischen Redox-Flow-Batterie (Photo-RFB) soll ein Energiespeichersystem bereitgestellt werden, welches zusätzlich zu seinen Funktionen als Speicher auch direkt mit Sonnenlicht geladen werden kann, ohne dass dafür eine separate Stromzufuhr oder weitere Peripherie erforderlich sind. Im Gegensatz zu der Kombination einer Photovoltaik-Zelle mit einer separaten Batterie können in einem solchen integrierten System viele Komponenten sowie ein Teil der Regelungstechnik eingespart werden und das Gesamtsystem so kostengünstiger, kleiner und effizienter realisiert werden. Aufgrund dieser Eigenschaften bieten sich Photo-RFB als eine der Schlüsseltechnologien für das Gelingen der Energiewende an. Die wesentlichen Ziele dieses Forschungsvorhabens sind daher die Entwicklung, Charakterisierung und Optimierung von Materialien für Photoelektroden und darauf maßgeschneiderte organische Elektrolyten für den Einsatz in Photo-RFB sowie ein dazu passendes Zell- und Modulkonzept. Neben der Entwicklung des Systems und seiner Komponenten sollen zudem auch fundamentale Daten zu der Effizienz und den limitierenden Faktoren dieser innovativen Technologie gesammelt werden, die bisher nicht verfügbar sind. Dieses Wissen ist unabdingbar für eine kritische Evaluierung der Wettbewerbsfähigkeit dieses neuartigen integrierten Systems.

Ultimate Ultrakondensatoren auf Basis innovativer Materialien für erhöhte Energiespeicherfähigkeit Innovative Elektrochemische Superkondensatoren Inhalt einblenden

Prof. Dr. Andrea Balducci
Gefördert vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWI)
Laufzeit: 2017 bis 2020

Die kombinierte Nutzung von computergestutztem Screening und elektrochemischer Charakterisierung zur Identifikation neuer Elektrolytkomponenten fur Superkondensatoren Inhalt einblenden

Prof. Dr. Andrea Balducci
Gefördert von der Deutschen Forschungsgemeinschaft e.V. (DFG)
Laufzeit: 2017 bis 2020

Dieses Projekt dient der Entwicklung einer innovativen Strategie fur die Suche nach neuen Elektrolytkomponenten zur Nutzung in elektrochemischen Doppelschichtkondensatoren (EDLCs), wofur computergestutztes Screening mit experimentellen Methoden elektrochemischer Charakterisierung kombiniert werden sollen. Für die Entwicklung verbesserter EDLCs ist die Einfuhrung neuer Elektrolytkomponenten (Lösungsmittel, Leitsalze) dringend notwendig, allerdings ist die rein experimentelle Suche sehr aufwändig, insbesondere wenn ganz neue Substanzklassen untersucht werden sollen. Eine effektive 'virtuelle' Screening-Methode sollte trial-and-error Versuche vermeiden helfen, wozu allerdings die schnelle Vorhersage eine ganzen Reihe von Eigenschaften fur eine sehr große Anzahl von Kandidaten vonnöten ist, um die vielversprechendsten Kandidaten sicher zu identifizieren. Wir haben kurzlich gezeigt, dass ein solcher Ansatz erfolgreich angewendet werden kann und somit als sehr hilfreiches Werkzeug fur die Weiterentwicklung von EDLCs gesehen werden sollte. Weitere Arbeit ist allerdings erforderlich um die Strategie zu optimieren und die chemico-physikalischen und elektrochemischen Eigenschaften der neuen Lösungsmittel und Leitsalze zu verstehen.

Photoaktive Membrane für artifizielle Photosynthese Inhalt einblenden

Prof. Dr. Andrey Turchanin
Gefördert von der Deutschen Forschungsgemeinschaft e.V. (DFG)
Laufzeit: 2017 bis 2020

Präparationskammer (MVD/PVD) mit XPS/UPS, STM/AFM und LEED Inhalt einblenden

Prof. Dr. Andrey Turchanin
Gefördert von der Deutschen Forschungsgemeinschaft e.V. (DFG)
Laufzeit: 2016 bis 2020

EXIST Transferprojekt Hyperflow ein einfacher Zugang zu neuartigen verzweigten Polymeren Inhalt einblenden

Prof. Dr. Felix Helmut Schacher
Laufzeit: 2018 bis 2019

Polymerbatterien - Alternative Batteriekonzepte zur Lithiumbatterie Inhalt einblenden

Prof. Dr. Ulrich S. Schubert
Funded by the Thüringer Aufbaubank (TAB)
Funding period: 2018 to 2019

Sodium-ion storage in carbon nanomaterials Inhalt einblenden

Prof. Dr. Philipp Adelhelm
Gefördert von der Deutschen Forschungsgemeinschaft e.V. (DFG) und dem Chinesisch-Deutschen Zentrum für Wissenschaftsförderung (CDZ)
Internationales Gemeinschaftsprojekt mit dem National Center for Nanoscience and Technology, Peking (China)
Laufzeit: 2017-2019

Entwicklung eines kavitations-assistierten Oxidationsverfahrens zur Elimination refraktärer organischer Schadstoffe in Abwasser Inhalt einblenden

Prof. Dr. Michael Stelter / Dr. Patrick Bräutigam
Gefördert vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWI)
Laufzeit: 2017 bis 2019

Entwicklung eines Verfahrens zur energetischen und stofflichen Nutzung von Biopolymeren Inhalt einblenden

Prof. Dr. Michael Stelter / Dr. Patrick Bräutigam
Gefördert vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWI)
Laufzeit: 2017 bis 2019

Tailored Optical Fibres, TP1.3 &4.1 Inhalt einblenden

Prof. Dr. Lothar Wondraczek
Gefördert vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF)
Laufzeit: 2017 bis 2019

SPP 1594: Topologisches Design hochfester Gläser Inhalt einblenden

Prof. Dr. Lothar Wondraczek (Koordinator)
Gefördert von der Deutschen Forschungsgemeinschaft e.V. (DFG)
Laufzeit: 2012 bis 2019

Glaswerkstoffe zeigen grundsätzlich sprödes Verhalten und werden daher traditionell in (zug-)spannungsfreien Umgebungen angewandt. Andererseits gehören glasige Materialien aufgrund ihrer inneren Struktur zu den intrinsisch festesten Werkstoffen, vor allem im Hinblick auf das mögliche Produktionsvolumen. Aufgrund geringer Widerstandsfähigkeit gegen Oberflächenschädigungen können diese einzigartigen mechanischen Eigenschaften bisher jedoch nicht nutzbar gemacht werden. Über alle Klassen von glasigen Materialien - insbesondere metallische und klassische anorganische Oxidgläser - werden die mechanischen Eigenschaften durch grundlegende topologische Prinzipien bestimmt: molekulare Koordination, Packungsdichte, Bindungszustände und Feldstärken, strukturelle Heterogenität, strukturelle Dynamik etc. Ziel des Schwerpunktprogramms ist es, diese Prinzipien über die verschiedenen Materialklassen aufzuklären, Skalierungsregeln zu finden und auf die Entwicklung von Gläsern mit herausragenden mechanischen Eigenschaften anzuwenden. Schlüssel für den wissenschaftlichen und internationalen Erfolg dieses Netzwerks ist die effektive Koordination, für die eine Reihe von Aktivitäten vorgesehen ist. Diese betreffen insbesondere die Organisation von Tagungen und Workshops auf nationaler und internationaler Ebene, Maßnahmen zur Gleichstellung und Nachwuchsförderung, nationales und internationales Mentoring sowie die stetige Entwicklung des Forschernetzwerks.

TIME - Anlage zur Päparation dünner, luftempfindlicher Schichten für die Materialforschung im Energiebereich (Thin, air-sensitive Materials for Energy Applications) Inhalt einblenden

Prof. Dr. Philipp Adelhelm
Gefördert von der Thüringer Aufbaubank (TAB) und dem Europäischen Fonds für regionale Entwicklung (EFRE)
Laufzeit: 2017-2019

Entwicklung polymerer Elektrolyte für textile Solarzellen Inhalt einblenden

Prof. Dr. Ulrich S. Schubert
Gefördert von der Thüringer Aufbaubank (TAB)
Laufzeit: 2017 bis 2019

Benzotriazinylradikalhaltige Polymere als bipolares aktives Elektrodenmaterial in organischen Sekundärbatterien Inhalt einblenden

Prof. Dr. Ulrich S. Schubert
Gefördert von der Deutschen Forschungsgemeinschaft e.V. (DFG)
Laufzeit: 2016 bis 2019

Die Verbreitung mobiler Geräte und deren zunehmende allgegenwärtige Vernetzung mit dem Internet (Internet of Things) macht die Entwicklung platzsparender wie auch biegbarer Stromspeicher erforderlich. Die derzeitige Referenztechnologie der Lithiumionenakkumulatoren erweist sich dabei als nur bedingt geeignet, da zum Einen die Herstellung mechanisch flexibler Systeme nur eingeschränkt möglich ist und zum Anderen sich sowohl die Gewinnung und Verarbeitung der benötigten Rohstoffe als auch die Entsorgung ausgedienter Batterien ökologisch hoch anspruchsvoll gestaltet.

Aus diesen Gründen wird mehr und mehr Aufwand in die Entwicklung organischer redoxaktiver Moleküle als Grundlage für Dünnschichtsekundärbatterien investiert. Diese lassen sich durch organische Synthese herstellen und durch Verbrennen idealerweise rückstandslos entsorgen. Weiterhin lassen sich ihre (elektro)chemischen Eigenschaften durch Optimierung der gewählten chemischen Strukturen an unterschiedlichste Anforderungen anpassen. Jedoch haben kleine Moleküle den Nachteil, sich unter Umständen in der Akkumulatorzelle zu lösen und so die Lebenszeit drastisch zu reduzieren. Deshalb werden die monomeren redoxaktiven Einheiten in langkettige Polymere integriert, die eine wesentlich schlechtere Löslichkeit aufweisen.

Im Rahmen dieses Projektes sollen im Speziellen Polymere auf Grundlage des Benzo-1,2,4-triazinylradikal entwickelt werden. Dieses Molekül zeichnet sich durch elektrochemische Reversibilität, Stabilität gegenüber Luft und Wasser sowie gute synthetische Zugänglichkeit aus. Des Weiteren lassen sich seine Redoxeigenschaften sehr einfach durch Wahl eines geeigneten Subsitutionsmusters einstellen, sodass auch Systeme erzeugt werden können, die sowohl als Anode als auch als Kathode fungieren können und den Bau einer bipolaren, pol-losen Batterie ermöglichen.

Thermodynamik und Kinetik von Konversionsreaktionen in neuen, natriumbasierten Batteriesystemen Inhalt einblenden

Prof. Dr. Philipp Adelhelm
Gefördert von der Deutschen Forschungsgemeinschaft e.V. (DFG)
Laufzeit: 2016-2019

Die Entwicklung von elektrochemischen Energiespeichern gilt als wichtige Voraussetzung, um erneuerbaren Energien auf breiter Ebene zum Durchbruch zu verhelfen. Dies gilt sowohl für mobile Anwendungen als auch für stationäre Speichersysteme. Neben den auf Interkalations- bzw. Insertionsverbindungen beruhenden klassischen Lithiumionen-Batterien werden dabei auch verstärkt alternative Systeme mit potenziell höheren Energiedichten und/oder basierend auf günstigen Materialien untersucht. Eine Alternative zu den auf Interkalation bzw. Insertion beruhenden Elektrodenreaktionen stellen sogenannte Konversionsreaktionen der allgemeinen Form MaXb + (bc)Li = aM + b LicX dar. M steht hierbei in der Regel für ein 3d Übergangsmetall (Fe, Co, Ni, Cu, etc.), X in der Regel für ein Nichtmetall (F, O, N, P, S etc.) und Li für Lithium. Trotz zahlreicher Untersuchungen auf dem Gebiet der Konversionsreaktionen in lithiumbasierten Systemen konnte bisher keine Konversionselektrode identifiziert werden, die bei Raumtemperatur eine zufriedenstellende Zellcharakteristik aufweist. Ziel des vorgeschlagenen Projekts ist es daher, die bisher kaum untersuchte Zellchemie von natriumbasierten Konversionsreaktionen bei Raumtemperatur zu erschließen und auf ihren Einsatz in Natriumionen-Batterien hin zu prüfen. Insbesondere sollen Metalloxide, -fluoride, und -hydride untersucht werden. Es ist ein zweites wesentliches Ziel, die Zellchemie von lithium- und natriumbasierten Konversionsreaktionen zu vergleichen. Aus den Unterschieden und Ähnlichkeiten soll ein vertieftes Verständnis für die den Konversionsreaktionen zugrundeliegenden Mechanismen und Teilprozessen erlangt werden, um damit mögliche Verbesserungsansätze formulieren zu können. In beiden Fällen sollen Experimente an Dünnschicht-Modellsystemen helfen, eine möglichst genaue und umfassende Charakterisierung der Elektrodenreaktionen zu ermöglichen. Natrium zeichnet sich hierbei im Vergleich zu Lithium durch eine oftmals bessere analytische Zugänglichkeit aus. Die Ziele sollen mittels zweier parallel verlaufender Teilprojekte Volumenphase und Modell-Schichtsysteme erreicht werden. Im Teilprojekt Volumenphase soll insbesondere die allgemeine Zellchemie von Konversionsreaktionen mit Standardmethoden systematisch erschlossen werden (XRD, SEM, TEM, XPS, Zyklisierung, Zyklovoltametrie, Impedanzspektroskopie, Massenspektrometrie) und die für das Projekt interessantesten Systeme für den Vergleich zwischen Natrium und Lithium identifiziert werden. Im Teilprojekt Modell-Schichtsysteme sollen von ausgewählten Systemen mittels gepulster Laserdeposition (PLD) Modellelektroden bzw. -zellen präpariert werden, die eine eingehendere Untersuchung der Konversionsreaktionen bis hin zu in situ Experimenten erlauben.

Gas- and liquid-phase deposition of non-crystalline solids Inhalt einblenden

Prof. Dr. Lothar Wondraczek
Gefördert von der Carl-Zeiss-Stiftung
Laufzeit: 2015 bis 2019

Entwicklung eines Direkt-beheizten Miniatur-Sauerstofferzeugers auf Basis mischleitender oxidkeramischer Membranen (DIMS) Inhalt einblenden

Dr. Ralf Kriegel
Gefördert vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWI)

  • Entwicklung eines Miniatur-Sauerstofferzeuger
  • Reinst-Sauerstoff für Kleinverbraucher
  • Eliminiert aufwändige Transportprozesse von Gasbehältern und Emissionen
Industrielle Brennprozesse mit integrierter Sauerstoff-Anreicherung (IBIS) Inhalt einblenden

Dr. Ralf Kriegel
Gefördert vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWI)

  • Erzeugung von Sauerstoff am Industrieofen mit gemischt leitenden Membranen
  • Nutzung der Prozesswärme des Verbrennungsprozesses zur Membranbeheizung
  • Senkung Elektroenergiebedarf für O2-Erzeugung auf 0,3 kWh(el.)Nm^3 O2
  • Nachweis der Senkung des Brennstoffverbrauchs
  • Indirekte Minderung von CO2-Emissionen
Machbarkeitsnachweis der energieeffizienten dezentralen Produktion von Reinst-O2 mit mischleitenden Membranen (MedPROmM) Inhalt einblenden

Dr. Ralf Kriegel
Gefördert vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWI)

  • Konzeption, Konstruktion, Bau und Erprobung einer Demonstrationsanlage zur O2-Erzeugung mit gemischt leitenden Membranen
  • Energieverbrauch der großindustriellen kryogenen Luftzerlegung erreicht (ca. 0.5 kWh(el.)/Nm^3 O2)
  • bei wesentlich geringerer O2-Prodktionsrate (10 Nm^3 O2/h)
  • deshalb zur dezentralen O2-Produktion geeignet
  • senkt Kosten der Sauerstoffproduktion, vor allem für kleinere und mittlere Verbraucher von Sauerstoff
  • senkt CO2-Emissionen der Sauerstoffproduktion durch Vermeidung des Transportaufwands
  • eröffnet neue Anwendungsbereiche
Wachstumskern pades, Verbundprojekt 2: Katalytische Mischmetalloxide Inhalt einblenden

Dr. Ralf Kriegel
Gefördert vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF)

  • Entwicklung von Herstellungsverfahren für katalytisch aktive Mischmetalloxide (MMO)
  • Robuste, preiswerte Katalysatoren für die Abgasreinigung
  • Elektrokatalysatoren für die alkalische Wasserelektorlyse für nachhaltig erzeugten Wasserstoff
  • Wirkungsgradsteigerung der Elektrolyse bzw. Senkung des spezifischen Stromverbrauchs
Redox-active ionic liquids in redox-flowbatteries Inhalt einblenden

Prof. Dr. Andrea Balducci/Prof. Dr. Ulrich S. Schubert
Gefördert von der Deutschen Forschungsgemeinschaft e.V. (DFG)
Laufzeit: tba

Abgeschlossene Projekte

Redoxchemie ternärer Graphitinterkalationsverbindungen: Theorie und Experiment Inhalt einblenden

Prof. Dr. Philipp Adelhelm
Gefördert von der Deutschen Forschungsgemeinschaft e.V. (DFG)
Gemeinschaftsprojekt mit Prof. Dr. Doreen Mollenhauer (Justus-Liebig-Universität Gießen)
Laufzeit: 2017-2018

NovelFlow Sichere, kostengünstige Redox-Flow-Batterie mit neuartigen Elektrolyten auf Basis von (hoch)verzweigten Polymeren zur stationären Speicherung umweltfreundlichen Stroms aus Solar- und Windkraftanlagen, Teilprojekt FSU: Erforschung von Neuartigen Elektrolyten auf Basis von (hoch)verzweigten Polymeren Inhalt einblenden

Prof. Dr. Ulrich S. Schubert
Gefördert von der Thüringer Aufbaubank (TAB), Co-finanziert durch Mittel des Europäischen Sozialfonds (ESF)/Europäischen Fonds für Regionale Entwicklung (EFRE)
Laufzeit: 2016 bis 2018

Redox-Flow-Batterien (RFB) basieren im Gegensatz zu den meisten konventionellen Batterien auf Aktivmaterialien, welche in gelöster Form vorliegen. In den Elektrolyten kann die Energie (der Strom) gespeichert werden. Diese werden in zwei Vorratstanks gespeichert und können in einer elektrochemischen Zelle geladen bzw. wieder entladen werden. Bislang basieren kommerzielle RFBs hauptsächlich auf Vanadiumelektroylten. Im Rahmen des Teilvorhabens sollen nun neuartige Elektrolyte untersucht werden, welche auf organischen Polymeren basieren. Im Gegensatz zu den bisher genutzten Elektrolyten auf Basis von linearen redoxaktiven Polymeren werden (hoch)verzweigte Polymere als Aktivmaterial untersucht werden. Aufgrund der anderen Polymerstruktur werden bessere Eigenschaften bei den resultierenden Elektrolyten erwartet. So weisen Lösungen von verzweigten Polymeren im Vergleich zu ihren linearen Gegenstücken, niedrigere Viskositäten auf.

HORIZON 2020 Flagship Graphene-based disruptive technologies Inhalt einblenden

Prof. Dr. Andrey Turchanin
Gefördert von der Europäischen Kommission
Laufzeit: 2016 bis 2018

FELIZIA - Festelektrolyte als Enabler für Lithium-Zellen in automobilen Anwendungen (Teilvorhaben FSU "Kathode - Konversion") Inhalt einblenden

Prof. Dr. Philipp Adelhelm
Gefördert vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF)
Verbundprojekt unter Leitung der BMW AG
Laufzeit: 2016-2018

Protic ionic liquids as innovative electrolytes for lithium-ion batteries Inhalt einblenden

Prof. Dr. Andrea Balducci
Gefördert von der Deutschen Forschungsgemeinschaft e.V. (DFG)
Laufzeit: 2015 bis 2018

Entwicklung eines innovativen Membranverfahrens für eine effiziente Trennung von Öl-Wasser Emulsionen und Gemischen mit intelligenter Modulverschaltung und in-situ Oberflächenmodifikation Inhalt einblenden

Prof. Dr. Michael Stelter / Dr. Patrick Bräutigam
Gefördert vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWI)
Laufzeit: 2015 bis 2018

Neuartige hochintegrierte Elektrodensysteme für sonoelektrochemische Reaktoren zur effizienten Beseitigung von REACH-relevanten anthropogenen Spurenstoffen in Wasser Inhalt einblenden

Prof. Dr. Michael Stelter / Dr. Patrick Bräutigam
Gefördert vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF)
Laufzeit: 2015 bis 2018

Thermoelektrische Materialien im Legierungssystem Bi2Te3-In2Te3 Inhalt einblenden

Prof. Dr. Markus Rettenmayr
Gefördert von der Deutschen Forschungsgemeinschaft e.V. (DFG)
Laufzeit: 2015 bis 2018

Thermoelektrische Materialien können Wärme direkt in elektrischen Strom umwandeln. Generatoren aus thermoelektrischen Materialien sind aber in ihrer Effizienz noch nicht so weit optimiert wie konkurrierende Technologien. Eine der Schwachstellen sind die n-halbleitenden thermoelektrischen Materialien, die im Projekt über eine neu entwickelte Methode (Zonenschmelzen mit konzentrationsoptimiertem Impfkristall) weiter entwickelt werden.

Self-Healing Inspired by Nature: Exocytosis-Like Repair of Membranes and Interfaces Composed of Self-Assembled Luminescent Dyes Inhalt einblenden

innerhalb des SPP1568 Design and Generic Principles of Self-healing Materials
Dr. Martin Presselt
Gefördert von der Deutschen Forschungsgemeinschaft e.V. (DFG)
Laufzeit: 2014 - 2018

Graphenunterstützte Speicherung von Al3+ in TiO2: Untersuchungen zu Aluminiumionenbatterien mit hoher Energie- und Leistungsdichte Inhalt einblenden

Prof. Dr. Philipp Adelhelm
Gefördert von der Deutschen Forschungsgemeinschaft e.V. (DFG)
Laufzeit: 2018

Solarbatterien Inhalt einblenden

Prof. Ulrich S. Schubert, PD Dr. Harald Hoppe, Dr. Martin H. Hager
Gefördert von der Thüringer Aufbaubank (TAB), Co-finanziert durch Mittel des Europäischen Sozialfonds (ESF)
Laufzeit: 2016-2018
Projektpartner: Dr. Gudrun Andrä, Leibnitz Institute of Photonic Technology (IPHT), Jena

Fuorolab - Dynamische Fluoreszenzspektroskopie für die Materialentwicklung in der Energie- und Umweltforschung Inhalt einblenden

Prof. Dr. Lothar Wondraczek
Gefördert vom Europäischen Sozialfond (ESF)
Laufzeit: 2016 bis 2017

Entwicklung eines dynamischen Steuerungs- und Regelungssystems mit Sensorik zur Optimierung des spezifischen Energieeintrags beim Biomasseaufschluss Inhalt einblenden

Prof. Dr. Michael Stelter / Dr. Patrick Bräutigam
Gefördert vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWI)
Laufzeit: 2015 bis 2017

Horizon 2020 "Industrial Leadership": Large Area Fluidic Windows Inhalt einblenden

Prof. Dr. Lothar Wondraczek (Koordinator)
Gefördert von der Europäischen Kommission
Laufzeit: 2015 bis 2017

Self-healing block copolymer films from mechanistic understanding towards applications in coatings and membranes Inhalt einblenden

Prof. Dr. Felix Helmut Schacher
Gefördert von der Deutschen Forschungsgemeinschaft e.V. (DFG)
Laufzeit: 2014 bis 2017
DFG Teilprojekt im SPP1568

Self-organized dye-nanostructures for photovoltaic applications Inhalt einblenden

Dr. Martin Presselt
Gefördert vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF)
Laufzeit: 2013 - 2017

Entwicklung eines neuen Verfahrens zum Abbau phenolhaltiger Industrieabwässer mit Hilfe kavitationschemisch operierender Reaktoren und einer nachgeordneten biologischen Reinigungsstufe Inhalt einblenden

Prof. Dr. Michael Stelter / Dr. Patrick Bräutigam
Gefördert vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWI)
Laufzeit: 2014 bis 2016

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