Highlight-Artikel Q3-2024

Impact of filler size and shape on performance of thermal energy storage

Bereich Wärme und Gebäude

© 2024 The Authors. Published by Elsevier Ltd.

Journal of Energy Storage | Volume 98, Part B | 20 September 2024 | 113157

Julius Weiss, Tatvakumar Arvindbhai Bhanderi, Thomas Fluri

 

Hochtemperaturschichtspeicher mit Füllkörpern bieten ein erhebliches Potenzial zur Kostenreduzierung im Vergleich zu herkömmlichen Zwei-Tank-Lösungen. In dieser Studie wird ein neues numerisches Modell für Hochtemperaturspeicher vorgestellt, das Mischungseffekte am Einlass berücksichtigt, die in ähnlichen Modellen oft vernachlässigt werden.

Das Modell wurde mit einem auf der Ähnlichkeitstheorie basierenden Aufbau experimentell validiert, wobei vergleichbare Bedingungen zwischen Wärmespeichern auf Wasser- und Salzschmelzebasis nachgewiesen wurden. Es wurde eine umfassende Parameterstudie durchgeführt, bei der sowohl die Größe als auch die Form der Füllkörper variiert wurden.

Die Ergebnisse zeigen, dass bei Füllkörpergrößen von über 1 cm Durchmesser die Form der Füllkörper einen entscheidenden Einfluss auf die Effektivität des Speichers hat. Kleinere Füllkörper erzielen im Allgemeinen eine bessere Speicherleistung.

Diese Studie verbessert das Verständnis des dynamischen Verhaltens von Hochtemperatur-Wärmespeichern und identifiziert wichtige Designparameter. Eine weitere Validierung mit einem Salzschmelzespeicher ist geplant.

Tailoring perovskite crystallization and interfacial passivation in efficient, fully textured perovskite silicon tandem solar cells

Bereich Photovoltaik

© 2024 The Author(s). Published by Elsevier Inc.

Joule | 19 July 2024

Oussama Er-raji, Mohamed A.A. Mahmoud, Oliver Fischer, Alexandra J. Ramadan, Dmitry Bogachuk, Alexander Reinholdt, Angelika Schmitt, Bhushan P. Kore, Thomas William Gries, Artem Musiienko, Oliver Schultz-Wittmann, Martin Bivour, Martin Hermle, Martin C. Schubert, Juliane Borchert, Stefan W. Glunz, Patricia S.C. Schulze

 

Da sich Silizium-Solarzellen ihrer theoretischen Wirkungsgradgrenze nähern, stellen Perowskit-Silizium-Tandemsolarzellen eine vielversprechende Möglichkeit dar, den Wirkungsgrad mit nur geringen zusätzlichen Produktionskosten weiter zu erhöhen.

Allerdings leiden Perowskit-Absorber, die auf industriell texturiertem Silizium mit großer Pyramidengröße (>1 μm) abgeschieden werden, häufig unter einer hohen Dichte an Korngrenzdefekten und einer unzureichenden Grenzflächenpassivierung am Übergang zwischen Perowskit und Elektronentransportschicht (C60). Wir adressieren beide Verlustmechanismen durch die Einführung eines multifunktionalen Additivs (Urea), das gleichzeitig die Perowskit-Kristallisation reguliert und die Perowskit/C60-Grenzfläche passiviert.

Kombiniert mit der Optimierung von Kontaktschichten wurde eine volltexturierte Perowskit-Silizium-Tandemsolarzelle mit einem Wirkungsgrad von 30% hergestellt. Dieser Ansatz ist von hoher Relevanz für die Industrialisierung von Tandemsolarzellen.

Inductive loops in impedance spectra of PEM water electrolyzers

Bereich Wasserstofftechnologien

© 2024 The Authors. Published by Elsevier B.V.

Journal of Power Sources | Volume 622 | 1 December 2024 | 235375

Debora Brinker, Niklas Hensle, Jerónimo Horstmann de la Viña, Irene Franzetti, Lena V. Bühre, Umesh Anirudh Andaluri, Charlotte Menke, Tom Smolinka, André Weber

 

Die elektrochemische Impedanzspektroskopie (EIS) ist eine etablierte Methode zur elektrochemischen Charakterisierung.

In verschiedenen Anwendungen wie Batterie- und Brennstoffzellen wird das niederfrequente induktive Phänomen weithin diskutiert. Für PEM-Wasserelektrolysezellen wird der so genannte „inductive loop“ jedoch nicht diskutiert und der dahinter stehende physikalisch-chemische Prozess ist noch nicht bekannt.

Mit der vorliegenden Arbeit können wir den Ursprung des inductive loops durch Variationen der Katalysatorschicht- und Membrandicke, Referenzelektrodenmessungen und Materialeingriffe zur gezielten Erhöhung diffusionsbedingter Widerstände einkreisen. Die Impedanzmessungen werden mit der DRT-Methode (Distribution of Relaxation Time) und anschließender Ersatzschaltbildmodellierung (ECM) analysiert. Wir stellen Prozesshypothesen auf und können den inductive loop mit einem Membraneffekt in Verbindung bringen.

Revealing the Local pH Value Changes of Acidic Aqueous Zinc Ion Batteries with a Manganese Dioxide Electrode during Cycling

Bereich Strom

© 2020 The Author(s). Published on behalf of The Electrochemical Society by IOP Publishing Limited

Journal of The Electrochemical Society | Volume 167 | Number 2 | 30 January 2020

Christian Friedrich Bischoff, Oliver Sebastian Fitz, Jordan Burns, Manuel Bauer, Harald Gentischer, Kai Peter Birke, Hans-Martin Henning and Daniel Biro

 

Zink-Ionen-Batterien (ZIB) gelten als eine vielversprechende Batterietechnologie für stationäre Anwendungen. Aufgrund der hohen Sicherheit durch die Verwendung eines wasserbasierten Elektrolyten sowie des hohen Kostenreduktionpotentials durch die Verwendung hochverfügbarer und umweltverträglicher Materialien stellen sie eine interessante Alternative zu den Lithium-Ionen-Batterien dar. Dennoch ist nach wie vor der Reaktionsmechanismus der ZIB Zellchemie in wasserbasierter Elektrolytumgebung noch nicht final geklärt. 

Am Fraunhofer ISE untersuchen wir eine vielversprechende Variante der ZIB mit der Materialkombination Zink an der Anode und Mangandioxid an der Kathode in sauren Elektrolyten. In der vorliegenden Publikation wurde als innovativer Forschungsansatz dem wasserbasierten Elektrolyten ein pH-Indikator zugesetzt. In transparenten Experimentalzellen konnten damit während der Ladung/Entladung der Batterie (in-operando) die elektrochemischen Vorgänge in der Batteriezelle lokal nachvollzogen werden. Anhand von Elektrolytvariationen und ergänzt durch lokale pH-Messungen mittels kleiner pH-Sonden konnten die elektrochemischen Prozesse quantifiziert und Rückschlüsse auf den Reaktionsmechanismus vollzogen werden. Diese Arbeit stellt eine wichtige Grundlage in der Literatur zu ZIB sowie für die folgenden Forschungsarbeiten am Fraunhofer ISE in Forschungsprojekten mit Industriebeteiligung dar.