Highlight-Artikel Q1-2024

Sustainable Energy & Fuels | 2024 | Advance Article | 05 April 2024

T. Cholewa, B. Steinbach, C. Heim, F. Nestler, T. Nanba, R. Güttel and O. Salem

Die Herstellung von Ammoniak (NH3) mit grünem Wasserstoff wird voraussichtlich eine wichtige Rolle bei der globalen Energiewende spielen. Um diesen Prozess effizienter zu gestalten, wurden Experimente mit Ruthenium- und Eisen-basierten Katalysatoren durchgeführt. Dabei wurden Drücke zwischen 10 und 80 bar und Temperaturen von 350 bis 450 °C verwendet. Durch die gewonnenen Daten konnten kinetische Modelle entwickelt werden, die eine präzisere Vorhersage ermöglichen. Diese Modelle könnten in Zukunft genutzt werden, um die Ammoniak-Synthese weiter zu optimieren und für die industrielle Produktion bereitzustellen.

iScience | Volume 26, Issue 12 | Dezember 2023 | 108432

Andreas Velte-Schäfer, Eric Laurenz, Gerrit Füldner

Thermisch angetriebene Wärmepumpen und Kältemaschinen nutzen Abwärme als Antriebsenergie. In Anwendungsfällen, wo gleichzeitig Abwärme anfällt und ein Kühlbedarf besteht, können thermisch angetriebene Kältemaschinen diese beiden Wärmeströme geschickt miteinander koppeln. Beispiele hierfür sind Rechenzentren sowie die Nutzung der Abwärme von Leistungselektronik zur Kühlung von Prozessgasströmen in der Elektrolyse. Für die schnelle -jedoch hinreichend genaue- Potentialanalyse dieser Technologie wird eine möglichst einfache Berechnungsmethode für Effizienz und Kälteleistung benötigt. In den bisher verfügbaren Berechnungsmethoden werden die eng gekoppelten Wärme- und Stofftransportprozesse in Adsorptionskältemaschinen mit einem System aus transienten Differentialgleichungen beschrieben. In dem Paper wird ein radikal vereinfachter Ansatz entwickelt, der diese Berechnung auf ein algebraisches Gleichungssystem reduziert. Dies ermöglicht deutlich schnellere Berechnungen, was sowohl für die Vorhersage als auch für die Modellvalidierung sehr vorteilhaft ist. Ebenso könnte die neu entwickelte Methode in etablierten Tools für die Prozessplanung eingesetzt werden, was bisher nicht möglich war. Das Paper ist das Ergebnis aus mehr als einem Jahrzehnt Forschung und stellt einen wichtigen Meilenstein in der Modellentwicklung dar.

Energy Technology | Volume 11, Issue 12 | Dezember 2023 | 2300460

Dennis Wöhrle, Bruno Burger, Oliver Ambacher

Die Verwendung von Wide-Bandgap (WBG) Leistungsbauelementen aus Galliumnitrid (GaN) oder Siliziumkarbid (SiC) bietet gegenüber Siliziumbauelementen zahlreiche Vorteile, welche im Artikel genauer erläutert werden. Der Stand der Technik von Leistungsmodulen hat jedoch zu hohe Streuinduktivitäten im Leistungs- und Gate-Kreis, um die inhärenten Eigenschaften der WBG-Leistungshalbleiter voll ausschöpfen zu können. Im Artikel wird daher ein neuartiges Leistungsmoduldesign vorgestellt, das eine 650 V, 300 A Halbbrücke mit integriertem DC-Link und Gate-Treibern umfasst, um die bisherigen Einschränkungen zu überwinden. Die Untersuchungen umfassen eine Finite-Elemente-Analyse der parasitären Elemente und eine daran anschließende Doppelpulstest-Simulation. Die Ergebnisse versprechen hervorragende elektrische Eigenschaften des neuartigen Leistungsmoduldesigns.

ACS Energy Letters | 9, 3, 908-910 | February 8, 2024

Ershuai Jiang, Mathias List, Armin Jamali, and Uli Würfel

Bei der Serienverschaltung organischer Solarzellen zu einem Modul kommt es auf eine effiziente Strukturierung mittels Laser an, um die inaktive Fläche so weit wie möglich zu minimieren. Inzwischen gibt es eine Reihe von interessanten Anwendungen, bei denen zwar nur eine geringe elektrische Leistung, aber hohe Spannungen von einigen hundert bis wenigen tausend Volt benötigt wird. Dazu gehören insbesondere sogenannte dielektrische Elastomer-Aktuatoren, aber auch Anwendungen wie der elektroaerodynamische Antrieb. 

Der Artikel berichtet über die Entwicklung von organischen Solarmodulen, die aus 1640 mittels Laser strukturierten, serienverschalteten Zellen auf einer Fläche von 3.6 x 3.7 cm² bestehen. unter 100 klux warm-weißem LED-Licht konnten so mit dem organischen Absorbermaterial PV-X plus eine offene Klemmenspannung (V_OC) von 1256.6 V und ein Wirkungsgrad von 19.7% erreicht werden, während mit PM6:GS-ISO ein V_OC von 1739.5 V und ein Wirkungsgrad von 6.4% erreicht wurden. Diese Werte sind erheblich höher als alles, was bisher in der Literatur für diese kleinen Flächen berichtet wurde. Die Arbeiten wurden in Kooperation mit der Universität Freiburg im Rahmen des von der DFG geförderten Exzellenclusters livMatS durchgeführt.