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Fakultät für Ingenieurwissenschaften

Lehrstuhl Keramische Werkstoffe – Prof. Dr.-Ing. Stefan Schafföner

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Zwei neue Projekte für die Arbeitsgruppe Precursorkeramik

10. November 2021

Im Oktober 2021 hat der Lehrstuhls Keramische Werkstoffe zwei Bewilligungsbescheide erhalten. Zum einen ein DFG-Projekt zur Entwicklung von Elektrolysekatalysatoren für die Spaltung von Wasser und zum anderen ein Projekt im Rahmen des Bayerischen Verbundforschungsprogramms (BayVFP, Aufruf "Neue Werkstoffe") zur Entwicklung und Erforschung verbesserter Werkstoffe und Herstellungsmethoden für die Galettenmantelbeschichtung und für Induktoren. Beide Projekte werden in der Arbeitsgruppe Precursorkeramik bearbeitet.

Das Deutsch-Französische Gemeinschaftsprojekt "Rational design concepts of Engineered Ceramics with Integrated catalytically active metal sites for electrochemical Energy conversion (RECIFE)" wurde von der französischen ANR und der DFG für eine Laufzeit von drei Jahren bewilligt. Die Bearbeitung des Forschungsvorhabens durch den Lehrstuhl Keramische Werkstoffe erfolgt gemeinsam mit den französischen Partnern Institut de Recherche sur les Céramiques Limoges und der Université de Strasbourg.

Das Erreichen eines ausreichenden, dauerhaften, emissionsfreien und umweltfreundlichen Energiesystems hat für die globale Energieagenda oberste Priorität. Bei diesen weltweiten Bemühungen spielen Materialdesign und Elektrochemie eine zentrale Rolle, um alternative Energielösungen anzubieten. Insbesondere erneuerbarer Wasserstoff, der durch Elektrolyse erzeugt wird, ist einer der vielversprechendsten Möglichkeiten für eine effiziente Dekarbonisierung des Energiesystems. Außerdem stellt er gleichzeitig eine sichere und nachhaltige Energiequelle dar. Im Rahmen des RECIFE Projekts soll durch die Kombination von Materialmodellierung, maschinellem Lernen sowie fortschrittlichen Design- und Charakterisierungskonzepten eine neue Klasse von wasserspaltenden Elektrodenmaterialien entwickelt und konstruiert werden, die auf nichtedlen Übergangsmetallen (TM) und polymerabgeleiteten Keramiken basieren. Die Zusammenarbeit zwischen zwei französischen und einem deutschen Institut mit jeweils komplementärer Expertise soll zu Elektroden führen, die die katalytische Aktivität und Haltbarkeit herkömmlicher Produkte übertreffen und die Entwicklung leistungsstarker OER Elektrolysekatalysatoren der nächsten Generation ermöglichen.

Daneben wurde das Projekt „Energieoptimierte Galette mit keramischen Komponenten für die Verarbeitung von Hochleistungsgarnen (CeraGo HiT)", vom Bayerischen Staatsministerium Wirtschaft, Landesentwicklung und Energie für einer Laufzeit von drei Jahren bewilligt. Neben dem Lehrstuhl Keramische Werkstoffe sind die Firmen Rauschert GmbH, Erhart GmbH und die TH Nürnberg an der Bearbeitung des Forschungsprojektes beteiligt.

Galetten sind Schlüsselkomponenten bei der Filamentgarnherstellung. Sie sind beheizbare rotierende Zylinder, welche die Filamente durch die Textilmaschinen bewegen. Ziel des Projektes ist die Entwicklung einer neuen Generation von Galetten, die sich durch eine höhere Lebensdauer, bessere Ausfallsicherheit, thermische Stabilität und Energieeffizienz auszeichnen, um somit auch die anspruchsvolle Fertigung von neuartigen technischen Hochleistungsgarnen, wie z. B. Aramidgarnen, zu gewährleisten. Aus dieser Zielstellung heraus liegen die Forschungsschwerpunkte des Lehrstuhls Keramische Werkstoffe insbesondere im Bereich der Entwicklung neuartiger Beschichtungssysteme über die Precursortechnologie, da diese vielversprechende Ansätze zur Lösung der genannten Probleme bietet. Bisher erfolgt die Beschichtung der Galettenmäntel beim Projektpartner, Fa. Rauschert, mittels thermischer Spritzprozesse (APS bzw. HVOF) unter Verwendung kommerzieller Standardkeramikpulver. Die Auswahlmöglichkeiten sind jedoch sehr beschränkt, so dass sich viele Beschichtungen für spezielle Anwendungen nicht optimal realisieren lassen. Daher sollen neuartige keramische Spritzpulversysteme mittels Precursortechnologie entwickelt und charakterisiert werden. Dies beinhaltet die Herstellung von Multikomponentenmischungen zur besseren Anpassung der Spritzpulver an das Anforderungsprofil, eine einfachere und flexiblere Herstellung sowie Konditionierung der Spritzpulver im Vergleich zu den kommerziellen Spritzpulvern und der Nachweis der Eignung für das thermische Spritzen. Im folgenden Schritt sollen diese neuen Pulversysteme zur Entwicklung maßgeschneiderter keramischer Beschichtungen mit dem thermischen Spritzen genutzt werden.

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