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Institut für Energie- und Klimaforschung

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Projekte: Werkstoffe für Hochtemperaturtechnologien


Zirkoniumdioxidbasierte Wärmedämmschichten für erweiterte Temperaturbereiche
ZeitraumPartnerGeldgeberAnsprechpartner
11/2020 - 10/2023TU Darmstadt, Dechema

Dr. D.E. Mack

Prof. Dr. Robert Vaßen

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Erweiterung des Temperatur-Einsatzbereiches von zirkonoxidbasierten-Wärmedämmschichten durch alternative Beschichtungsverfahren und modifizierter chemischer Zusammensetzung; Förderung durch DFG & FVV


Untersuchung der Schichtbildungsmechanismen und Systemeigenschaften von Wärmedämmschichtsystemen auf Innenflächen
ZeitraumPartnerGeldgeberAnsprechpartner
04/2021 - 03/2023TU Dortmund, LWTDFGPD Dr. Georg Mauer
Links / Informationen
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MAXCOM - MAX-Phasen-Verbundwerkstoffe: neue Materialien für den Einsatz bei erhöhten Temperaturen
ZeitraumPartnerGeldgeberAnsprechpartner
08/2016 - 07/2021IEK-1BMBFProf. Dr. Jesus Gonzalez-Julian
Links / Informationen
Diese Arbeit wurde vom Bundesministerium für Bildung und Forschung im Rahmen des Projekts MAXCOM (03SF0534) gefördert


MakTurb - Entwicklung von Einlaufschichten
ZeitraumPartnerGeldgeberAnsprechpartner
11/2020 - 10/2022Rolls-Royce, Oerlikon MetcoBMWI

Dr. Hanna Heyl

Prof. Dr. Robert Vaßen

Links / Informationen
Ziel ist die Entwicklung einer neuen Generation von Einlaufschichten für die Hochdruckturbine von Flugtriebwerken


Kelvin - Kaltgasspritzen und endoskopische Lösungen für Verfahren in der Instandhaltung von Luftfahrtantrieben
ZeitraumPartnerGeldgeberAnsprechpartner
03/2019 - 05/2022Rolls-Royce, Lufthansa TechnikBMWI

Dr. Jochen Fiebig

Prof. Dr. Robert Vaßen

Links / Informationen
In diesem Projekt werden Reparaturverfahren für hochfeste metallische Komponenten über das Kaltgasspritzen entwickelt


ParZiVal - Verbesserte Wärmedämmschichten
ZeitraumPartnerGeldgeberAnsprechpartner
04/2021 - 03/2024Rolls-RoyceBMWIProf. Robert Vaßen
Links / Informationen
Additiv gefertigte Bauteile werden in diesem Projekt mit neuartigen Beschichtungsverfahren mit einer Wärmedämmschicht versehen


DOEFS - Experimentbasierende Lebensdauer- und Sensitivitätsanalyse von Degradationsmechanismen an Anstreifbelägen
ZeitraumPartnerGeldgeberAnsprechpartner
04/2019 - 03/2022Rolls-RoyceBMWiProf. Dr. Robert Vaßen
Links / Informationen
Optimierung von Einlaufschichten für den Verdichterbereich von Fluggasturbinen


SFB/TR 103 - Beschichtungen für Einkristalllegierungen
ZeitraumPartnerGeldgeberAnsprechpartner
01/2019 - 12/2023Ruhr Universität Bochum, FAU Erlangen-Nürnberg, Rolls-Royce, Siemens, Lufthansa TechnikDFG

Jana Joeris

Prof. Dr. Robert Vaßen

Links / Informationen
Wärmedämmschichten spowie Reparaturveffahren werden für einkristalline Werkstoffe entwickelt


LaBeGa - Innovative lastflexible Beschichtungssysteme für Gasturbinen
Teilvorhaben: Entwicklung thermisch gespritzter Wärmedämmschichtsysteme mit verbesserter Zyklierbeständigkeit
ZeitraumPartnerGeldgeberAnsprechpartner
09/2020 - 08/2023Oerlikon Metco, MinesParisTech, SafranBMWI

Jens Igel

Prof. Dr. Robert Vaßen

Links / Informationen
Entwicklung thermisch gespritzter Wärmedämmschichtsysteme mit verbesserter Beständigkeit gegenüber schnellen Lastwechseln


Bewertung lokaler Eigenspannungsverteilungen bei der lokalen Bauteilreparatur durch Kaltgasspritzen
ZeitraumPartnerGeldgeberAnsprechpartner
04/2021 - 03/2024KITDFGProf. Dr. Robert Vaßen
Links / Informationen
Verbesserung von Repartaturverfahren auf der Basis von Kaltgasspritzen


Projekte: Festoxid Brennstoff- und Elektrolysezellen


SynSOFC 2
ZeitraumPartnerGeldgeberAnsprechpartner
03/2020 - 02/2023TU MünchenDFGDr. Christian Lenser
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Im Rahmen eines von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) geförderten Verbundvorhabens der TU München mit dem Forschungszentrum Jülich wird die Kopplung einer Biomassevergasungsanlage mit einer oxidkeramischen Brennstoffzelle (Solid Oxide Fuel Cell, SOFC) zur Herstellung von elektrischer Energie aus Biomasse untersucht. Im Rahmen dieser Dissertation sollen neue Werkstoffkombinationen für die Brenngaselektrode entwickelt werden, die degradationstoleranter gegenüber Brenngasverunreinigungen sind. Die zu untersuchenden Stoffsysteme umfassen sowohl Cermets aus Nickel und Gadolinium-dotiertem Ceroxid (GDC) als auch innovative vollkeramische Materialien, die während des Betriebs nanoskalige Katalysatorpartikel ausscheiden. Die am IEK-1 entwickelten Werkstoffe und Komponenten werden an der TU München mit gezielt verunreinigtem synthetischen Syngas getestet, um Rückschlüsse auf die Wechselwirkung der einzelnen Moleküle mit dem Werkstoff ziehen zu können.


Solarer Wasserstoff
ZeitraumPartnerGeldgeberAnsprechpartner
01/2021 - 12/2023IEK-2, -5, -9, -11, -14, ZEA-1, DLR, KIT, HZB, HZDR, IPPHGFDr. Mariya Ivanova
Links / Informationen
Im Rahmen einer internen Helmholtz-Finanzierung (HGF) soll eine protonenleitende Elektrolysezelle entwickelt werden, um Wasserstoff hochrein und wasserfrei zu erhalten. Die dafür notwendige Energie kommt aus solaren Quellen.


WirLebenSOFC - Lebensdauervorhersage für SOCs
ZeitraumPartnerGeldgeberAnsprechpartner
03/2021 - 03/20247Bosch, RJL, KIT, HS Karlsruhe, HS AalenBMBFProf. Dr. Norbert H. Menzler
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Finanziert vom BMBF im Rahmen der Initiative Wasserstoffrepublik Deutschland, bearbeitet das Projekt die spezifischen Degradationsphänomene einer sog. metallgestützten Festoxidbrennstoffzelle (MSC) zur Rückverstromung über erneuerbare Quellen generierten Wasserstoffs. Unter Führung der Firma Bosch und zusammen mit der Firma RJL und den Forschungspartnern KIT, HS Aalen und HS Karlsruhe kümmern sich die Institute IEK-1, -2 und -14 insbesondere um die thermisch-atmosphärischen Degradationsphänomene (materialspezifisch, mikrostrukturabhängig und thermodynamisch/kinetisch) und die Fortentwicklung der MSC.

https://www.wasserstoff-leitprojekte.de/grundlagenforschung/brennstoffzellen


SOC Degradation 2 - Degradation von SOCs
ZeitraumPartnerGeldgeberAnsprechpartner
03/2021 - 02/2024IEK-2, -9, -13, -14, IKTS, DLR, KIT, Bosch, Hexis/mPower, Kerafol, Sunfire, Mann+Hummel, Horiba FuelCon, SOLIDpowerBMBFProf. Dr. Norbert H. Menzler
Links / Informationen

Ebenfalls auf der Initiative Wasserstoffrepublik Deutschland basierend, wird im BMBF-finanzierten Förderprojekt der Schwerpunkt auf spezifische, nur unter Elektrolysebedingungen auftretende Degradationseffekte gelegt. Am IEK-1 werden hierzu alternative Brenngaselektroden entwickelt und markttaugliche Herstellungsverfahren fortentwickelt. Eine breite Beteiligung weiterer deutscher Industriepartner (Kerafol, Hexis/mPower, Sunfire, Mann+Hummel, Bosch, Horiba FuelCon, SOLIDpower) sowie externe Forschungseinrichtungen (IKTS, DLR, KIT) und Jülich-Institute (IEK-2, -9, -13, -14) sichert eine breite Herangehensweise zum Verständnis und zur Lösung der auftretenden Effekte.

https://www.wasserstoff-leitprojekte.de/grundlagenforschung/brennstoffzellen


ReNaRe - Recycling und Nachhaltige Ressourcennutzung
ZeitraumPartnerGeldgeberAnsprechpartner
04/2021- 03/2025FZJ (IEK-1, -2, ZEA-1), TU BA Freiberg, RWTH Aachen, KIT, FhG-IPA, HZDR, Nickelhütte Aue, Heraeus, Öko-Institut, Dechema, Hexis/mPower, TU München BMBF

Prof. Dr. Olivier Guillon

Prof. Dr. Norbert H. Menzler

Links / Informationen

Das Verbundvorhaben ReNaRe ist Teil der Technologieplattform H2Giga. Im Vorhaben werden die Möglichkeiten des Recyclings von Festoxid-Elektrolyseur-Stacks untersucht. Im Vordergrund stehen sowohl Wiedernutzung, Aufarbeitung oder Recycling von Komponenten. Je nach Stackkonzept und/oder Verwertungskonzept können Materialien oder Komponenten direkt wieder verwendet werden oder müssen aufwändig aufbereitet werden. Schwerpunkt des IEK-1 ist die Wieder-Nutzung der keramischen Komponenten der Zelle entweder erneut in SOCs oder in alternativen Anwendungen.

https://www.wasserstoff-leitprojekte.de/leitprojekte/h2giga

Projekte: Gastrennmembranen

PROMETHEUS - Proton and oxygen co-ionic conductors for CO2/H2O co-electrolysis and intermittent RES conversion to
methanol and other chemicals towards EU sustainability
ZeitraumPartnerGeldgeberAnsprechpartner
03/2018 - 06/2021Aristoteles University Tessaloniki, Helenic Petroleum RES, WZR Ceramic Solutions BMBFProf. Dr. Wilhelm A. Meulenberg
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Im Rahmen des Projekts soll ein elektrochemischer Membranreaktor entwickelt werden, der bei mittlerer oder hoher Temperatur mit co-ionischen (H+ und O2-) keramischen Leitern (ci-EMRs) die H2O/CO2 co-Elektrolyse zur effizienten Umwandung/Speicherung von erneuerbaren Energie in synthetische Kraftstoffe vollzieht. Hauptaugenmerk wird auf den Temperaturbereich von 400-500°C gelegt, in dem aus der anionischen Elektrolyse von H2O zu H+ und der Umwandlung von CO2 auf der anderen Membranseite, Chemikalien/Energieträger wie Methanol, Methan, oder bei darüber liegenden Temperaturen Synthesegas entstehen. Als Funktionsschicht dient eine 10-40 µm Dicke, keramische protonenleitende Membran die bei höheren Temperaturen H+ durch das Gitter transportiert. Auf deutscher Seite wird der Fokus auf der Entwicklung der Membranstrukturen, sowie der Entwicklung verbesserter protonenleitender keramischer Materialien und geeigneter Ausgangspulver liegen. Der Hauptschwerpunkt wird auf die Herstellung der keramischen Membranstruktur mittels 3D Druck gelegt. Diese Technologie ist für die notwendigen, hochkomplexen Keramiken keineswegs Stand der Technik, verspricht aber ein enormes Potential hinsichtlich kostengünstiger Einstellung einer optimalen Mikrostruktur. Zu Vergleichszwecken werden Strukturen mittels sequentiellen Folienguss hergestellt. Die griechische Seite wird den Prozessverfahrenstechnik und die anwendungsnahe, elektrochemische Charakterisierung im Projekt bearbeiten. Durch dieses Projekt wird die Problematik der Energiespeicherung bei einem wachsenden Anteil erneuerbarer Energien im deutschen Energiesystem (Energiewende) aufgegriffen. Ziel ist die Entwicklung von alternativen und effizienten Prozessen zur Herstellung von synthetischen Kraftstoffen. Im Erfolgsfall sind die Verfahren aber auch für die Herstellung von wichtigen Basischemikalien hoch innovativ. Die Projektthematik beinhaltet einige Risiken und wird deshalb noch nicht im großen Maße von der Industrie verfolgt.

Forschungszentrum Jülich - Pressemitteilungen - Synthetische Kraftstoffe: 3D-Druck soll Effizienz steigern und Kosten senken (fz-juelich.de)

AMAZING - Additive Manufacturing for Zero-emission Innovative Green Chemistry
ZeitraumPartnerGeldgeberAnsprechpartner
12/2020 - 11/2024Projekt AMAZING: WZR ceramic solutions, hte GmBH, University of Twente, TU Eindhoven, Shell, DoW ChemicalsBMWiProf. Dr. Wilhelm A. Meulenberg
Links / Informationen
Um den weltweit stetig steigenden Bedarf an Energie- und Sachgütern nachhaltig zu decken, bedarf es in der Kraftstoff- und Chemieindustrie der Nutzung erneuerbarer Ressourcen. Dies wird von wesentlicher Bedeutung sein, um die herausragende Stellung der europäischen Chemieindustrie zu erhalten und die ehrgeizigen EU-Ziele für 2030 in den Bereichen Klimawandel, Prozesseffizienz und Sicherheit zu erreichen. 46 und 36 % des Energieverbrauchs in Deutschland bzw. den Niederlanden ist auf die Industrie zurückzuführen. Die Verbesserung der industriellen Energieeffizienz ist daher eine wichtige Aufgabe der Forschung. Das Projekt „Amazing“ greift mehrere Förderprioritäten des Bundesministeriums für Wirtschaft und Energie direkt auf. Im Mittelpunkt stehen die sektorspezifische energetische Optimierung bestehender Industrieprozesse sowie die effiziente Nutzung von Sekundärenergieformen und der Austausch fossiler Brennstoffe durch erneuerbare Energieträger. Die direkte Nutzung von erneuerbarem Strom in der chemischen Industrie (Power to Chemicals) ist jedoch nicht einfach, da der überwiegende Teil der für die Durchführung der chemischen Reaktionen benötigten Wärme durch die Verbrennung fossiler Brennstoffe erzeugt wird. Der Ersatz großtechnischer Hochtemperatur-Crackingprozesse durch eine elektrisch getriebene thermokatalytische Aktivierung von Alkanen zur Herstellung chemischer Bausteine (z.B. Alkene) ist ein vielversprechender Weg zur Reduktion der CO2-Emissionen. Eine Alternative zum energieintensiven Standardprozeß besteht darin, gemischt ionisch-elektronisch leitende (MIEC) Membranen mit metallgetragenen Katalysatoren zu kombinieren. Im Projekt Amazing streben wir die Entwicklung von additiven Fertigungstechnologien wie 3D-Druck an, um selbsttragende katalytische Membranreaktorsysteme zu entwickeln, die das volle Potenzial der RDH-Membranreaktoren ausschöpfen. Die angewandten additiven Fertigungswege versprechen ein einfaches Upscaling auf vollständige kommerzielle Systeme.
3D-OTM - Additive Fertigung von Sauerstofftransportmembranen
ZeitraumPartnerGeldgeberAnsprechpartner
07/2019 - 06/2021WZR Ceramics SolutionsAiFDr. Stefan Baumann
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Ziel ist mittels additiver Fertigung eine Membrankomponente herzustellen, die eine optimierte Gasdurchströmung gewährleistet und wenige, gut definierte Fügestellen besitzt. Die Anbindung von Zuleitungen an die Komponente wird ebenfalls realisiert. Das entwickelte Produkt wird an Hand seiner Leistungsfähigkeit in Bezug auf die Abtrennung von reinem Sauerstoff aus der Luft quantitativ bewertet. In der Folge steht das Produkt für die akademische und/oder industrielle Forschung an Membranreaktoren zur Verfügung.
Die Rolle von Grenzflächen in mehrphasigen Ceroxid-basierten Membranen für den Einsatz in Membranreaktoren
ZeitraumPartnerGeldgeberAnsprechpartner
01/2018 - 06/2022WWU Münster, RWTH AachenDFGDr. Stefan Baumann
Links / Informationen
Ziel dieses Projektes ist es, die Ursache für die signifikante Permeationsrate bei niedrigen Elektronenleiter-Anteilen in CGO-basierten Kompositmembranen mit Spinellen als elektronenleitender Phase zu identifizieren und das so gewonnene umfassende Verständnis der physikalischen Eigenschaften zu nutzen, so dass die ambipolare Leitfähigkeit (und damit die Permeabilität) dieses Materialsystems maximiert werden kann. Als Ursache gehen wir von Korngrenzphasen bzw. positiv wirkenden Raumladungszonen an Phasengrenzen aus. Der Erfolg der Materialentwicklung wird in einem Membranreaktor sowohl an Tabletten als auch an dünnen, geträgerten Membranschichten mit katalytisch aktiven Oberflächenschichten in Abhängigkeit von Temperatur und pO2-Gradienten (Triebkraft) überprüft.


Projekte: Elektrochemische Speicher


EVABATT, Evaluierung fortschrittlicher Festkörperbatteriekonzepte mit hoher Sicherheit und Leistung, (JLU Gießen, Fraunhofer ICT, TU München, IEK-1 & National Cheng Kong University, Feng Chia University, National Universty of Tainan, Industrial Technology Research Institute of Taiwan, National Applied Research Laboratories) November 2017 – Oktober 2020

GrEEn, Grüne Elektrochemische Energiespeicher (RWTH Aachen, WWU Münster, IEK-1, IEK-9), September 2017 – August 2020

INDICATE, In-situ Analysis of Li-Distribution in Cathodes, (WWU Münster, IEK-1), September 2017 – August 2019

LISZUBA, Lithium-Schwefel-Feststoffbatterien als Zukunftsbatterie (JLU Gießen, TU Braunschweig, TU Berlin, IEK-1), Juli 2017 – Juni 2020

BCT, Battery Cell Technology (ContiTech Elastomer-Beschichtungen GmbH, Henkel Electronic Materials N.V., Saueressig GmbH + Co. KG, Adphos Group, FhG-IPA, Uni Stuttgart, IEK-1, WWU Münster, TU Braunschweig), Juli 2017 – Juni 2019

MEET Hi-EnD II, Materials and Components to Meet High Energy Density Batteries (RWTH Aachen, WWU Münster, IEK-1, IEK-2, IEK-9 und IEK-12), Oktober 2016 -September 2019

FELIZIA, Festelektrolyte als Enabler für Lithium-Zellen in Automobilen Anwendungen (BMW AG, BASF SE, IEK-1, IEK-12, TU München, Justus Liebig-Universität Gießen, KIT, Schott AG, VW AG), Januar 2016 – Dezember 2018

BenchBatt, Benchmarking und Validierung der Leistungsfähigkeit und Kosten von Hochenergie- und Hochvolt-Lithium-Ionen Batterien im Vergleich zu Post-Lithium-Ionen Technologien (WWU Münster, IEK-1, IEK-12, TU Braunschweig, Justus Liebig Universität Gießen), Januar 2016 – Dezember 2018

DESIREE, Defect spinels as high-energy and high-performance materials for electrochemical energy storage (IEK-1, IEK-9, RWTH, KIT), September 2014–August 2018

NextGenBatt, Forschungsinfrastruktur für zukünftige Batteriegenerationen (RWTH Aachen (PEM, IME), Fraunhofer ILT, IEK-1, IEK-9 und IEK-12), Die parallele Erforschung evolutionärer (Weiterentwicklung Li-Ionen-Batterien) und revolutionärer Konzepte („post-Li-Ionen“ Festkörper-batterien) entlang der Wertschöpfungskette ist der zentrale Punkt, der mit den geplanten Investitionen realisiert werden soll. Gefördert vom Land NRW (EFRE-NRW), September 2018 – Dezember 2020

NanoBat: Nanostrukturierte Batteriematerialien (Westfälische Wilhelms-Universität Münster (MEET Batterieforschungszentrum und Institut für Materialphysik), Aixtron SE, BatterieIngenieure GmbH, IEK-1) Dezember 2017 - August 2021

UNIBAT: Untersuchungen irreversibler Änderungen in Festkörper-Batterien (IEK-1) September 2018 - August 2021

Weitere Projekte

Fieldsmatter
FieldsMatter: Priority Programme (SPP 1959)

Field Assisted Sintering Technique/ Spark Plasma Sintering (FAST/SPS)
FAST/ SPS


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