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Projektübersicht

Graduiertenkolleg

Projektbeschreibung

Das Graduiertenkolleg wird vom Institut für Mikrosystemtechnik (IMTEK) sowie vom Freiburger Materialforschungszentrum (FMF), beides Einrichtungen der Albert-Ludwigs-Universität Freiburg, getragen. Das Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme (FhG-ISE) ist assoziierter Partner des Graduiertenkollegs. Die oben genannten Forderungen an ein Micro Energy Harvesting fordern vielfältig die Forschungsrichtungen und Kompetenzen aller beteiligten Institutionen: Modellierung, Design und Optimierung verschiedener Wandlungsmechanismen werden den zentralen Kern der Forschungsarbeiten zum Energy Harvesting darstellen. Die Materialforschung trägt mit der Entwicklung neuer Werkstoffe zu Wandlungsmechanismen und Speichermethoden bei. Die Anpassung unterschiedlicher Spannungs- und Stromniveaus sowie das effiziente Management der Systemenergie bilden Schwerpunkte der Forschung im Energiemanagement. Forschungen zu Fertigung, Systemintegration und Applikationsbetrachtungen begleiten diese Arbeiten. Wasserstoffbasierende Energiespeicherung Fragestellung: Die mit Hilfe der verschiedenen Energy-Harvesting-Prinzipien erzeugte Energie kann nicht nur elektrochemisch (in aufladbaren Batterien) oder elektrisch (in Kondensatoren), sondern auch in Form von Wasserstoff in einer Palladiumdünnschicht gespeichert und einer Brennstoffzelle zugeführt werden. Kombiniert man die Elektrolysezelle, den Wasserstoffspeicher und die Brennstoffzellen auf einem Substrat, so kann eine effiziente miniaturisierte und wiederbeladbare Energiequelle aufgebaut werden. Die notwendige miniaturisierte Elektrolysezelle zur Wasserstofferzeugung soll im Rahmen dieses Projektes entwickelt werden. Dabei ist insbesondere zu klären, wie das benötigte Wasser der Elektrolysezelle bereitgestellt werden kann. Die folgenden Fragestellungen sind Inhalt des Projektes: Untersuchungen zu Wirkungsgrad und Skalierverhalten unterschiedlicher Elektrolyte und Elektroden der miniaturisierten Elektrolysezelle, Integration und Ankopplung der Elektrolysezelle an einen ebenfalls integrierten Palladiumwasserstoffspeicher auf einem Siliziumsubstrat, Entwurf, Fertigung und Erprobung von Testsystemen mit integrierter Wasserstofferzeugung, -speicherung und Brennstoffzelle. Aufbau eines miniaturisierten Wasserstoff-Druckminderers Fragestellung: Die Realisierung eines energieautarken Mikrosystems auf Wasserstoffbasis bedingt auch die Entwicklung von miniaturisierten Komponenten für das Handling dieses Energieträgers. Derzeit stehen miniaturisierte Brennstoffzellen und geeignete Wasserstoffspeicher zur Verfügung. Bei den eingesetzten Druckminderern handelt es sich jedoch immer noch um makroskopische Komponenten. Im Rahmen dieses Projektes soll eine neue Generation von mikrominiaturisierten Druckreglern ohne bewegliche Teile entwickelt werden. Als Funktionseinheit kann beispielsweise eine Palladiummembran zum Steuern des Ausgangsdruckes eingesetzt werden. Der Diffusionskoeffizient dieses Materials ändert sich in Abhängigkeit der Temperatur und kann durch Heizen und Kühlen um Größenordnungen variiert werden. Ein solcher Aufbau benötigt keine mechanischen Komponenten, was eine Miniaturisierung und eine CMOS-kompatible Fertigung des Druckminderers ermöglicht. Die folgenden Fragestellungen sind Inhalt des Projektes: Recherche, Evaluation und Auswahl geeigneter Membranmaterialien bezüglich der steuerbaren Wasserstoffdiffusivität, Lebensdauer (Wasserstoffversprödung) und CMOS Kompatibilität, Integrationsstrategien und Fertigungsmöglichkeiten des Druckminderers auf einem Halbleitersubstrat, Versuchsaufbau und Test des integrierten miniaturisierten Wasserstoffdruckminderers.

Laufzeit

01.10.2006 bis 31.03.2011

Projektleitung

Bretthauer C

Ansprechpartner/in

Bernward Fleischhauer
Telefon:07612037305
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