Energiereiche Festkörperbatterie

Noch im Laborstadium: Komponenten der Lithium-Festkörperbatterie mit Hybridelektrolyt
Copyright: Forschungszentrum Jülich / T.Schlößer

Wissenschaftler des Forschungszentrums Jülich und der Universität Münster haben eine neue Festkörperbatterie vorgestellt, die über eine Anode aus reinem Lithium verfügt. Lithium gilt als ideales Elektrodenmaterial, mit dem sich die höchsten Energiedichten erreichen lassen. Das Metall ist sehr reaktiv, was einer Verwendung als Anode bisher entgegenstand. Möglich wurde der Einsatz jetzt durch zwei zusätzliche Lagen aus einem neuartigen Polymer. Diese schützen den keramischen Elektrolyten der Batterie und verhindern, dass sich das Metall auf zerstörerische Weise ablagert. In Labortests funktionierte das so gut, dass die Zellen über Hunderte Ladezyklen kaum an Kapazität verloren. Weiterlesen

Direktgekühlter Elektromotor aus Kunststoff

© Fraunhofer ICT Schnittdarstellung des Elektromotors. Kernstück des Motors bildet ein Stator aus zwölf Einzelzähnen, die mit einem Flachdraht hochkant umwickelt sind.

Sollen Elektroautos leichter werden, muss auch der Motor abspecken. Beispielsweise, indem man ihn aus faserverstärkten Kunststoffen herstellt. Forscherinnen und Forscher des Fraunhofer-Instituts für Chemische Technologie ICT entwickeln gemeinsam mit dem Karlsruher Institut für Technologie KIT ein neues Kühlkonzept, das den Einsatz von Kunststoffen als Gehäusematerial ermöglicht. Ein weiterer Vorteil des Konzepts: Die Leistungsdichte und Effizienz des Antriebs werden gegenüber dem Stand der Technik deutlich erhöht. Weiterlesen

Etiketten der Zukunft: Dresdner Physiker schreiben, lesen und radieren mit Licht

Ein leuchtendes Etikett, kontaktlos aufgedruckt auf eine Plastikfolie. Die leuchtende Schicht ist dünner als ein menschliches Haar. Der Aufdruck lässt sich berührungslos wieder löschen und durch ein anderes Muster ersetzen © M. Gmelch und H. Thomas, TU Dresden

Einem Team von Physikern unter Leitung von Prof. Sebastian Reineke von der Technischen Universität Dresden ist es gelungen, auf eine völlig neue Art Informationen in transparenten Folien zu speichern.

Prof. Reineke und seine LEXOS Gruppe am Institut für Angewandte Physik arbeiten mit transparenten Plastikfolien, die mit weniger als 50 µm dünner als ein menschliches Haar sind. In diese Plastikfolien sind leuchtende organische Moleküle eingebracht. Diese Moleküle befinden zunächst in einem deaktivierten, dunklen Zustand. Durch lokale Bestrahlung mit ultraviolettem Licht lassen sie sich aktivieren und beginnen zu leuchten. Mit Hilfe einer Maske oder eines Laserschreibers können auf diese Weise Muster in die Folie geschrieben werden, deren Auflösung die von aktuellen Laserdruckern erreicht. Durch Bestrahlung mit infrarotem Licht lässt sich das aufgedruckte Muster oder die Leuchtschrift jederzeit wieder vollständig aus der Folie entfernen. Weiterlesen

Keramiken aus dem „Sand“ des roten Planeten

Vasen, Ringe und Tabletten aus Marskeramik in unterschiedlichen Brennstadien
© TU Berlin/David Karl

Wissenschaftler des Fachgebiets Keramische Werkstoffe an der TU Berlin haben in Kooperation mit der Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung erstmals komplexe Bauteile aus simuliertem Marsboden gefertigt und die theoretische Möglichkeit gezeigt, stabile Gefäße wie Vasen nur mit Ressourcen des roten Planeten zu fertigen. Mit ihrem Ansatz möchten die Wissenschaftler einen Beitrag für die Forschungen zur Langzeiterkundung des roten Planeten leisten.

Die Ziele sind ambitioniert: In den 2030er-Jahren plant die US-amerikanische Raumfahrtbehörde NASA mit ihren internationalen Partnerinnen und Partnern den ersten bemannten Flug zum Planeten Mars – eine Reise in die Tiefen des Weltalls, die von Forscherinnen und Forschern weltweit begleitet wird. Ein Team der TU Berlin vom Fachgebiet Keramische Werkstoffe am Institut für Werkstoffwissenschaften und -technologien der Fakultät III Prozesswissenschaften befasst sich ebenfalls mit Experimenten, die eine mögliche Reise zum roten Planeten in den Fokus stellen. Weiterlesen

Kohlefasern aus Treibhausgas

Die Armierung mit Kohlefasern verleiht der Steinplatte eine extrem hohe Festigkeit und ermöglicht damit völlig neue, effiziente Konstruktionen. (Bild: A. Battenberg / TUM)

Zusammen mit Forscherkollegen haben Chemiker der Technischen Universität München (TUM) einen Prozess entwickelt, der nach ersten Berechnungen eine wirtschaftliche Entfernung des Treibhausgases Kohlendioxid aus der Atmosphäre ermöglichen könnte. Der aktuellste Weltklimareport (IPCC Special Report on Global Warming of 1.5 °C) stuft das Verfahren als global relevant ein.

Um die Erderwärmung wenigstens noch halbwegs eindämmen zu können, besteht akuter Handlungsbedarf. In diesem Zusammenhang weist der aktuelle Weltklimabericht auf eine Technologie von Chemikern der TU München hin, die als Möglichkeit einer Netto-Kohlenstoffsenke das Problem der Aufheizung der Atmosphäre quasi an der Wurzel packt. Weiterlesen

Autos der Zukunft sollen sicher, leicht und bezahlbar sein

Forscher am KIT arbeiten daran, die Autos der Zukunft schlanker zu machen. (Foto: KIT/FAST)

Vorbild Flugzeug: Autos fahren zunehmend automatisiert und elektrisch – Forscher am KIT entwickeln neue Assistenzsysteme und Tests für Zukunftsfahrzeuge

Die Fahrzeuge der Zukunft werden zunehmend elektrisch und autonom unterwegs sein. Dabei sollen sie so sicher und zuverlässig sein wie heutige Autos. Ein Weg, Ausfälle zu vermeiden, besteht darin, wichtige Komponenten wie Fahr- oder Bremsassistenzsysteme, die insbesondere in brenzligen Situationen für mehr Sicherheit sorgen, doppelt bereitzuhalten. Allerdings sind überzählige Elemente teuer und schwer. Gemeinsam mit Partnern aus Wissenschaft und Industrie suchen Forscherinnen und Forscher des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) im Projekt SmartLoad nach anderen Möglichkeiten. Weiterlesen

Forscher entwickeln festes Material mit beweglichen Partikeln, die auf äußere Einflüsse reagieren

In den meisten Materialien bewegt sich wenig. Aber in einem neuen „aktiven Nanokomposit“ wimmelt es gewaltig: Kleine Partikel verbinden sich oder trennen sich und ändern damit die Farbe des ganzen Materials. Es stammt von Forschern des Leibniz – Institut für Neue Materialien in Saarbrücken, die Materialien so mehr Dynamik verleihen wollen. Dank der beweglichen Komponenten kann das transparente Material auf Temperaturveränderungen und zukünftig auch auf andere äußere Einflüsse, wie chemische Substanzen und Gifte, durch einen Farbwechsel „antworten“. Deshalb arbeiten die Forscher in absehbarer Zeit zum Beispiel daran, Folienverpackungen zu entwickeln, die ihre Farbe verändern, wenn Lebensmittel verdorben sind.

Bewegliche Partikel in eingeschlossenen Flüssigkeitströpfchen ändern die Farbe fester Materialien: Bei höherer Temperatur (links) bewegen sie sich einzeln in den Tropfen und geben dem festen Material eine rubinrote Farbe; bei niedriger Temperatur (rechts) ballen sich zusammen und verändern die Farbe zu Grau-Violett. Quelle: INM

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Faden-Kunst aus Roboterhand

Copyright: TU Wien

Als „String Art“ bezeichnet man Bilder aus kunstvoll gespannten Fäden. Was bisher Erfahrung und eine ruhige Hand benötigte, gelingt an der TU Wien nun mit einem Roboter – ein Beispiel, welch komplexe Aufgaben digitale Fabrikation mittlerweile lösen kann.

Die Grundidee ist einfach: Auf einem Brett befinden sich Nägel, und zwischen ihnen soll ein langer Faden so hin und her gespannt werden, dass er ein bestimmtes Bild ergibt. Recht einfach lassen sich so interessante geometrische Muster produzieren. Den wahren Profis gelingt es sogar, durch eine ausgeklügelte Anordnung der Fadenlinien ein Portrait zu erstellen.

An der TU Wien hat man diese Kunstform nun automatisiert: Beliebige Bilder können verwendet werden, der Computer berechnet den optimalen Faden-Weg, der das gewünschte Bild möglichst exakt wiedergibt. Ein Industrie-Roboter übernimmt dann die Arbeit des Fadenspannens und erzeugt ein kreisrundes Fadenbild. Weiterlesen

Untersuchung des Einsatzes von Zementbeton für Strukturbauteile in Werkzeugmaschinen

Abstract

Bild 1: Simulationsmodell der Demonstratormaschine DemoBAZ

Auch heutzutage werden die Strukturkomponenten von Werkzeugmaschinen noch überwiegend aus Stahl oder Gusseisen hergestellt. Daneben wird jedoch auch angestrebt, alternative Werkstoffe einzusetzen. Auf diese Weise soll Potential zur Reduktion von Kosten erschlossen und eine Verbesserung des dynamischen Maschinenverhaltens erzielt werden. Zementgebundener Beton ist hierbei vor allem aufgrund seiner hohen Materialdämpfung und geringen Materialkosten eine interessante Alternative zu herkömmlichen Werkstoffen. In einem aktuellen Forschungsprojekt werden daher Untersuchungen durchgeführt, um die Rahmenbedingungen für einen zielgerichteten Einsatz von Zementbeton in Werkzeugmaschinen zu untersuchen. Die geplanten Arbeiten sowie erste Ergebnisse der aktuell begonnenen zweiten Projektphase werden in diesem Artikel dargestellt. Weiterlesen

Materialforschung für energieeffiziente magnetische Kühlung

Am Kalte-Neutronen-Dreiachsenspektrometer IN12, das das Jülich Centre for Neutron Science gemeinsam mit dem französischen Kommissariat für Atomenergie und alternative Energien (CEA) am Institut Laue-Langevin betreibt sowie an zwei weiteren Neutronenstreugeräten untersuchten die Forscher den Zusammenhang zwischen Spindynamik und der Entstehung des inversen magnetokalorischen Effekts in Mn5Si3.
Copyright: ILL

Ein deutsch-französisches Forscherteam um den Jülicher Physiker Nikolaos Biniskos hat mit Hilfe von Neutronenuntersuchungen neue Einblicke in den inversen magnetokalorischen Effekt gewonnen. Die Erkenntnisse könnten bei der Suche nach geeigneten magnetokalorischen Materialien für energieeffiziente Heiz- und Kühlsysteme helfen.

Magnetokalorische Materialien erwärmen sich, wenn sie in ein Magnetfeld eintreten, und kühlen sich wieder ab, wenn sie es verlassen. Das Phänomen lässt sich für energieeffiziente, umweltfreundliche und leise Heiz- und Kühlzwecke ausnutzen, hat jedoch noch keine breite Verwendung gefunden, da die Materialien für den Massenmarkt bisher zu teuer sind. Seit mehr als 100 Jahren ist der Effekt bekannt: Das Magnetfeld sorgt dafür, dass sich die magnetischen Momente im Material ausrichten. Sinkt die magnetische Unordnung, also die magnetische Entropie, steigt die Gitterentropie und das Material erwärmt sich. Wird das Magnetfeld entfernt, steigt die magnetische Entropie und das Material kann der Umgebung Wärme entziehen. Weiterlesen