Ressourceneffiziente Materialien für SuperCaps
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- Harry Braun
- vor 8 Jahren
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1 4. A³ Wissenschaftsdialog Energie Entwicklung ressourceneffizienter Kondensatoren zur Energiekurzzeitspeicherung Ressourceneffiziente Materialien für SuperCaps Experimentalphysik V Zentrum für Elektronische Korrelationen und Magnetismus & Institut für Materials Resource Management
2 Übersicht 2. Neue Materialien für zukünftige E Energiespeicher i i h Materialwissenschaften 1. Ressourcen k i ik li ä kritikalität: Wie kann dies Ressourcen in der Forschung strategie berücksichtigt werden? Wirtschaftsmathematik Wie sieht die Stromversorgung vor Ort aus? Prof. Rist Prof Rist Informatik Logistik im Ortsnetz: Welche Energiespeicher werden benötigt? g Michael Hassler
3 1. Ressourcenkritikalität am Beispiel von Keramikkondensatoren Weltmarkt für Kondensatoren??? MuRata MuRata Reuters Apple [Yano Research Institute "Capacitor market in Japan: Key research findings 2009", Yano Research Institute, Tokyo, Japan, Nov. 2009]
4 1. Ressourcenkritikalität am Beispiel von Keramikkondensatoren Smartphone: smarter and smarter Fortschritt: Neue leistungsfähigere, nachhaltige und bezahlbare Materialien dringend nötig.
5 1. Ressourcenkritikalität am Beispiel von Keramikkondensatoren Materialien mit außergewöhnlich hoher dielektrischer Konstante Dielektrizitätskonstante und Verlustwinkel bei 1 khz und 25 C Temperaturstabilität 30 Cbis65 C Höchste Frequenz bei 25 C Krohns et al., Nat. Mat., 899 (2011). Hohes Potential von La 15/8 Sr 1/8 NiO 4 und CC CaCu 3 Ti 4 O 12
6 1. Ressourcenkritikalität am Beispiel von Keramikkondensatoren Kritikalitätsindikatoren: Versorgungsreichweite United Geological Survey (USGS) Mineral Commodity Summary Reserven sind dynamisch! (Exploration und technischer dynamisch! (Exploration und technischer Fortschritt) Marktkonzentrationen von Lagerstätten, Minen und Produktion Herfindahl Hirschmann index HHI Politische Stabilität der produzierenden Länder Worldwide Governance Indicators of the World Bank WGI Ökologische Risiken Environmental performance index EPI Krohns et al., Nat. Mat., 899 (2011).
7 1. Ressourcenkritikalität am Beispiel von Keramikkondensatoren Krohns et al., Nat. Mat., 899 (2011).
8 2. Materials critical to the energy industry Prof. Dr. Armin Reller Lehrstuhl für Ressourcenstrategie B B. Achzet, A. Reller, V. Zepf, C. Rennie, M. Ashfield, J. Simmons (2011): Materials critical to the energy industry - An introduction. ti Augsburg.
9 Übersicht 4. Neue Materialien für zukünftige E Energiespeicher i i h Materialwissenschaften 3. Ressourcen k i ik li ä kritikalität: Wie kann dies Ressourcen in der Forschung strategie berücksichtigt werden? 1. Wie sieht die Stromversorgung vor Ort aus? Wirtschaftsmathematik Informatik 2. Logistik im Ortsnetz: Welche Energiespeicher werden benötigt? g
10 2. Energiespeicher Simon & Gogotsi, Nat. Mat. 7, 845 (2008). Armand & Tarascon, Nature 451, 652 (2008). Simon & Gogotsi, Nat. Mat. 7, 845 (2008).
11 2. Ionische Flüssigkeiten Ionische Flüssigkeiten Sl Salze deren Sh Schmelzpunkte unter 0 C liegen 1 Million pure Flüssigkeiten und ca. 18 Flüssigkeitsmischungen mehr als Publikationen seit dem Jahr 2000 Anwendung in SuperCaps Optimierung des Ladungstransports, der Spannungsfestigkeit und der Wechselwirkungen der Elektroden mit den Ionen Anwendung in Li Ion Batterien Optimierung der Li Ionen Beweglichkeit, Löslichkeit und des Ladungstransports : dielektrische Spektroskopie (Variation von Spannung, Temperatur und Frequenz) Erkenntnisse über den Ladungstransport und die elektrischen Eigenschaften
12 2. Ionische Flüssigkeiten M. Weiß, unpublished
13 2. Breitbandige dielektrische Spektroskopie Broadband Dielectric Spectroscopy devices: AH2700 Agilent4294 Agilent4980 HP4284 HP4192 Novocontrol -analyzer SI Chelsea interface time domain spectrometer t techniques: time domain HP4285 autobalance bridges freq. response analysis cavity Fabry- Perot AgilentE8363 Agilent4991 HP4291 HP4191 HP85 transm. reflection Teraview Subm Bruker 113V BWO s FTS "quasi-optic" resonance log [ (Hz)] U. Schneider, P. Lunkenheimer, A. Pimenov, R. Brand, and A. Loidl, Ferroelectrics 249, 89 (2001).
14 2. Keramikkondensatoren Kolossale Dielektrika Keramiken mit hoher Spannungsfestigkeit und außergewöhnlich hoher dielektrischer Konstante z.t. gekoppelte Mechanismen von elektrischen und magnetischen Ordnungen Grundlagenforschung (TRR80) : Synthese und Charakterisierung (strukturell, magnetisch und dielektrisch) neuer Materialien ' '' 5 (a) 4 3 [T(K)] -1/ lo og [ (s)] CCTO 2 at 300 K K 80 K 150 K 60 K 0 K 45 K (b) La 15/8 Sr 1/8 NiO log [ (Hz)] [Krohns et al.,, APL 94,, (2009); Lunkenheimer et al., EPJ Special Topics 180, 61 (20)] ' kolossal bei GHz! intrinsisch ' 300!
15 2. Kolossale Dielektrizitätskontante 4 4 ErMnO YMnO -(ET) Cu[N(CN) 3 3 Pt 2 2 ]Cl 3 3 ' 400 ' 2.1 Hz 20 Hz 121 Hz 469 Hz 1.16 khz 4.46 khz 11 1 khz khz 0 khz 1 MHz 2 ' cm -1 ''( '( cm ) ) T (K) khz Hz Hz1 Hz 0 Hz H Hz 1 khz 0 Hz khz 1 khz 0 khz khz 1 MHz T(K) MHz T(K) P. Lunkenheimer, J. Müller, S. Krohns et al., Nat. Mat. 11, 755 (2012).
16 BMBF Projekt 4. Neue Materialien für zukünftige E Energiespeicher i i h Materialwissenschaften Ionische Flüssigkeiten kolossale Dielektrika 3. Ressourcen k i ik li ä kritikalität: Wie kann dies Ressourcen in der Forschung strategie berücksichtigt werden? g Kritikalitätsbetrachtungen (ökonomisch und strategisch) Wirtschaftsmathematik von verwendeten Materialien 1. Wie sieht die Stromversorgung vor Ort aus? Informatik 2. Logistik im Ortsnetz: Welche Energiespeicher werden benötigt? werden benötigt?
17 Institut für Materials Resource Management Experimentalphysik V Prof. Dr. Alois Loidl und Priv Doz. Dr. Peter Lunkenheimer Ressourcenstrategie Prof. Dr. Armin Reller Analytics & Optimization Prof. Dr. Robert Klein Michael Hassler Michael Hassler Eugen Ruff Martin Wohlauer Pit Sippel Michael Aumüller Claudius Dichtl Ressourcenmanagement Prof. Dr. Andreas Rathgeber Gefördert durch BMBF Förderinitiative Speichertechnologien Projekt
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