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Nachdem im Verbundprojekt COORAL das Hauptaugenmerk auf überkritisches CO2 gelegt wurde, d. h. Transport über kurze Strecken bei erhöhter Temperatur, wurde in CLUSTER ein größeres lokales Transport-Netzwerk betrachtet, bei dem CO2 bei geringeren Temperaturen, also vorwiegend im flüssigen Zustand transportiert wird. Wurden in COORAL die CO2-Ströme von Kohlekraftwerken untersucht, ging es in CLUSTER zusätzlich um die Emissionen von relevanten Industrien, deren CO2-Emissionen nicht ohne Weiteres vermieden werden können.
Aufgrund der Erfahrungen in COORAL konnte eine Auswahl von kommerziellen Werkstoffen getroffen werden, die für einen konkreten Einsatz für CCS zur Verfügung stünden. Die gemischten und fluktuierenden CO2-Zusammensetzungen sind bei geeigneten Begrenzungen der Begleit¬stoffe im CO2 bezüglich Korrosionsvorgänge beherrschbar. Die Machbarkeit eines lokalen CCS-Clusters erscheint daher gegeben, soweit dies die Anlagen für Kompression, Transport und Injektion betrifft.
Low melting zinc borate glasses awake interest to replace lead borate glasses in the silver metallization pastes for solar cells or microelectronics. In the current study, characteristic properties of alkali zinc borate glasses (X2O-ZnO-B2O3, X = Li, Na, K, Rb) were compared to an earth alkali zinc borate glass (CaO-ZnO-B2O3). Additionally, zinc oxide is partially substituted by lead oxide or cooper oxide in the borate glasses (Li2O-PbO-B2O3, Na2O ZnO CuO-B2O3). The alkali zinc borate glasses indicate less differences in Raman spectra, and thus in structural properties, in comparison to the Ca and Pb ions influence. LPbB (Tg = 401 °C) has a lower viscosity than LZB (Tg = 468 °C) and CaZB has the highest glass transition temperature (Tg = 580 °C). The Angell plot for the alkali zinc borate glasses shows a high fragility m = 80. Besides Tg, the density measured by means of the Archimedean principle, molar volume, and coefficient of thermal expansion (CTE) of the glasses were investigated. Trends could be found according to alkali ions or intermediate oxides. The density increases with decreasing alkali ion size from KZB (2.632 g/cm3) to LZB (2.829 g/cm3) and increases from LZB to LPbB (3.764 g/cm3). CTE ranges between 7.09 10-6 K-1 for CaZB and 11.5 10 6 K 1 for KZB and RZB. The differential thermal analysis (DTA) and X ray diffraction (XRD) indicate crystallization of various crystalline phases during heating with 5 K/min in most cases.
Ceramic multilayer technology is an attractive approach for the cost-effective fabrication of thermoelectric generators. Therefore, efforts are being made to co-sinter two promising thermoelectric oxides, namely calcium cobaltite and calcium manganate. In this study, calcium cobaltite, calcium manganate and release tapes were pressure assisted sintered. A major challenge here is the cracking of calcium manganate during cooling. A relationship between the properties of the release tape used in pressure-assisted sintering and the cracking behavior was observed experimentally.
To understand the origin of failure, formed reaction layers in the multilayer were analyzed by EDX and grazing incident XRD. Based on this analysis, bulk samples were prepared, and thermal expansion and Young's modulus and were determined thereon, if they were not known from the literature. The biaxial strength of the thermoelectric oxides was determined by the ball on three ball method.
The thermal stresses during cooling of different multilayer designs were estimated by finite element simulations. The stresses caused by the reaction layers turned out to be negligible. The FEM study indicated further, and a validation experiment proved, that the thickness of the release tape has the main effect on thermal stresses during cooling in single material. For best performance, the design of a thermoelectric multilayer generator needs to consider thermoelectric performance and thermal stresses during cooling.
High-performance composites, including glass-fiber reinforced plastic (GFRP) materials, are favored as a construction material for wind turbine rotor blades due to their high specific strength and stiffness properties. During the manufacturing process, however, imperfections are often introduced, then further propagated due to harsh environmental conditions and a variety of loads. This leads to failure significantly before their projected 20-year lifespan. As replacement of entire blades can be a costly potential outcome, localized repair of the damaged region to restore structural integrity and thus lengthen its lifespan has become an important issue in recent years. Rotor blades are often repaired using a common technique for composite laminates: adhesively bonded structural repair patches. These methods involve replacing the lost load path with a new material that is joined to the parent structure, and include scarf or plug repairs. However, there currently do not exist any standardized repair procedures for wind turbine rotor blades, as comparisons of blade properties repaired with the existing methods have not been studied in depth. Namely, there is a lack of understanding about the effects of various repair methods on the fatigue life of the shells of rotor blades. This study therefore aims to begin to fill this knowledge gap by testing the influence of different repair patches on the blades’ mechanical properties. Manufactured with the vacuum-assisted resin infusion process, the test specimens are produced as a curved structure with GFRP sandwiching a polyvinyl chloride foam core to best represent a portion of a rotor blade shell. Scarf repairs are then introduced with varying layup techniques, and material properties are examined with cyclical fatigue tests. Crack growth and development is monitored during fatigue testing by various non-destructive testing methods, including passive thermography with an infrared camera system, and a 3D deformation analysis system with ARAMIS. Large deformation fields and detection of in- and out-of-plane deformations is thus possible in-situ. The mechanical behavior and development of defects in the various repaired specimens is compared to each other as well as to reference test specimens with no repair patches. In-situ test data is combined with further non-destructive testing methods, including laminography, and active thermography, to develop a robust understanding of the effects of repair concepts.
Druckbehälter werden vor ihrer Inbetriebnahme obligatorisch einer hydraulischen Prüfung bis zum sog. Prüfdruck belastet. Damit sollen fehlerhaft gefertigte Individuen erkannt und ausgesondert werden. Mit dieser Prüfung werden aber auch diejenigen Einzelbehälter ausgesondert, die ohne einem nachvollziehbaren Fertigungsfehler, nur auf Basis der statistischen Streuung ggf. eine Festigkeit unterhalb des Prüfdrucks aufweisen.
Da der Prüfdruck im Fall der Wasserstoffspeicher mindestens 20% über dem maximal zulässigem Betriebsdruck liegt, wäre damit ein Versagen im Betrieb ausgenommen, gäbe es die verschiedenen Alterungs- bzw. Ermüdungseffekt nicht.
Um den Einfluss der erstmaligen Prüfung auf eine angenommene ausfallfreie Zeit bewerten zu können, wird hier die Alterung und die erstmalige Prüfung in Kombination analysiert. Hierzu wird auf Basis der Restfestigkeitsdaten aus einer umfangreichen Prüfkampagne ein Ansatz für die Beschreibung der Alterung ermittelt und auf andere Lastzustände übertragen.
So kann für das Baumuster, das der o.g. Prüfkampagne zugrunde lag, mithilfe einer Monte-Carlo-Simulation gezeigt werden, dass mindestens 10.000 LW vor einem ersten Alterungsversagen mit 1 aus 1 Mio. In Abhängigkeit der Anzahl der Individuen, die bei der erstmaligen Prüfung versagen, und der Streuung der gesamten Population, kann diese Mindestfestigkeit auf realistisch 50.000 Lastwechsel steigen.
Damit ist gezeigt, dass aufgrund der erstmaligen Prüfung eine Mindestfestigkeit erzeugt wird, die stark vom Alterungsverhalten abhängt. Im Ergebnis heißt dies, dass in den Vorschriften aktuell die Bedeutung des Mindestberstdrucks in der Baumusterprüfung überschätzt und die möglichst betriebsbegleitende Erfassung der Alterung unterschätzt sind.
Druckbehälter werden vor ihrer Inbetriebnahme obligatorisch einer hydraulischen Prüfung bis zum sog. Prüfdruck belastet. Damit sollen fehlerhaft gefertigte Individuen erkannt und ausgesondert werden. Mit dieser Prüfung werden aber auch diejenigen Einzelbehälter ausgesondert, die ohne einem nachvollziehbaren Fertigungsfehler, nur auf Basis der statistischen Streuung ggf. eine Festigkeit unterhalb des Prüfdrucks aufweisen.
Da der Prüfdruck im Fall der Wasserstoffspeicher mindestens 20% über dem maximal zulässigem Betriebsdruck liegt, wäre damit ein Versagen im Betrieb ausgenommen, gäbe es die verschiedenen Alterungs- bzw. Ermüdungseffekt nicht.
Um den Einfluss der erstmaligen Prüfung auf eine angenommene ausfallfreie Zeit bewerten zu können, wird hier die Alterung und die erstmalige Prüfung in Kombination analysiert. Hierzu wird auf Basis der Restfestigkeitsdaten aus einer umfangreichen Prüfkampagne ein Ansatz für die Beschreibung der Alterung ermittelt und auf andere Lastzustände übertragen.
So kann für das Baumuster, das der o.g. Prüfkampagne zugrunde lag, mithilfe einer Monte-Carlo-Simulation gezeigt werden, dass mindestens 10.000 LW vor einem ersten Alterungsversagen mit 1 aus 1 Mio. In Abhängigkeit der Anzahl der Individuen, die bei der erstmaligen Prüfung versagen, und der Streuung der gesamten Population, kann diese Mindestfestigkeit auf realistisch 50.000 Lastwechsel steigen.
Damit ist gezeigt, dass aufgrund der erstmaligen Prüfung eine Mindestfestigkeit erzeugt wird, die stark vom Alterungsverhalten abhängt. Im Ergebnis heißt dies, dass in den Vorschriften aktuell die Bedeutung des Mindestberstdrucks in der Baumusterprüfung überschätzt und die möglichst betriebsbegleitende Erfassung der Alterung unterschätzt sind.
Hochleistungsverbundwerkstoffe, bzw. Glasfaser-Kunststoff-Verbunde (GFK), haben sich als Leichtbauwerkstoffe für Leichtflugzeuge und Rotorblätter von Windkraftanlagen etabliert. Die hohe spezifische Festigkeit und Steifigkeit qualifizieren sie besonders für diese Anwendung. Während der Fertigung werden Imperfektionen häufig in die Blattschalen eingebracht. Durch Witterungseinflüsse kommt es zum Schadensfortschritt. Infolgedessen treten Schäden in der Blattschale, die den sicheren Betrieb gefährden können, weit vor der projektierten Lebensdauer von 20 Jahren auf. Da der Austausch von ganzen Blättern sehr kostintensiv ist, ist eine lokale Reparatur des geschädigten Bereichs zur Wiederherstellung der strukturellen Integrität, viel preisgünstiger. Die Reparatur von Rotorblättern ist in den letzten Jahren zu einem wichtigen Thema geworden. Derzeit werden verschiedenste Reparaturkonzepte angewendet. Eine einheitliche Reparaturvorgabe gibt es bisher nicht. Die Auswirkungen der angewendeten Reparaturkonzepte auf die Betriebsfestigkeit der Reparaturstelle sind weitestgehend unbekannt und sollen deshalb in diesem Projekt untersucht werden. Gekrümmte Voll-Laminat sowie Sandwich Prüfkörper werden mit dem Vacuum-Assisted-Resin-Infusion-Prozess (VARI) produziert. Um einen Teil einer Rotorblattschale darzustellen, sind sie als GFK aufgebaut, beziehungsweise die Sandwich Strukturen mit einem Polyvinylchlorid-Schaumkern (PVC) Kern, wie im Original. Schalenreparaturen in verschiedenen Layup-Techniken und Geometrie werden eingebracht und die Materialeigenschaften mit zyklischen Ermüdungstests untersucht. Im Projekt werden ideal im Labor erzeugte Reparaturstellen mit in der Praxis angewendeten Ausführungstechniken eines Industriepartners experimentell verglichen. Für die in-situ Detektion der Schadensentwicklung während des Ermüdungsversuches kommt ein kombiniertes Felddehnungs- und Thermografie-Kamerasystem zum Einsatz. Das mechanische Verhalten und die Schadensentwicklung in den verschiedenen reparierten Prüfkörper wird miteinander sowie mit den Referenzproben ohne Reparaturstellen verglichen. Zudem wird in numerischen Modellen für die verschiedenen Reparaturtechniken eine Spannungsanalyse durchgeführt um hinsichtlich der Betriebsbeanspruchung eine Bewertung angeben zu können.
Introduction
Lithium-ion batteries (LIBs) are one key technology to overcome the climate crisis and energy transition challenges. Demands of electric vehicles on higher capacity and power drives research on innovative cathode and anode materials. These high energy-density LIBs are operated at higher voltages, leading to increased electrolyte decay and the current collectors' degradation. Even though this fundamental corrosion process significantly affects battery performance, insufficient research is being done on the aluminum current collector. Fast and convenient analytical methods are needed for monitoring the aging processes in LIBs.
Methods
In this work glow-discharge optical emission spectrometry (GD-OES) was used for depth profile analysis of aged cathode material. The measurements were performed in pulsed radio frequency mode. Under soft and controlled plasma conditions, high-resolution local determination (in depth) of the elemental composition is possible. Scanning electron microscopy (SEM) combined with a focused ion beam (FIB) cutting and energy dispersive X-ray spectroscopy (EDX) was used to confirm GD-OES results and obtain additional information on elemental distribution.
Results
The aging of coin cells manufactured with different cathode materials (LCO, LMO, NMC111, NMC424, NMC532, NMC622, and NMC811) was studied. GD-OES depth profiling of new and aged cathode materials was performed. Quantitative analysis was possible through calibration with synthetic standards and correction by sputter rate. Different amounts of aluminum deposit on the cathode surface were found for different materials. The deposit has its origin in the corrosion of the aluminum current collector. The results are compatible with results from FIB-EDX. However, GD-OES is a faster and less laborious analytical method. Therefore, it will accelerate research on corrosion processes in high energy-density batteries.
Innovative aspects
- Quantitative depth profiling of cathode material
-Monitoring of corrosion processes in high energy-density lithium-ion batteries
- Systematic investigation of the influence of different cathode materials
Low-temperature co-fired ceramics (LTCC) are used to fabricate robust multilayer circuits. Typically, thick-film technology is applied for metallization. For specific sensor applications, thin films are deposited directly on the as-fired LTCC-surface. These deposited thin films are structured either by lift-off or by etching. The latter is less error-prone and thus preferred in industry provided the selected materials allow it.
200 nm Ni-thin films were deposited on three different commercial constrained-sintered LTCC (CT708, CT800 and DP951) by electron beam physical vapour deposition. The thin-films were structured by covering corresponding sections with a UV-curable photo resisn and subsequent etching of the uncovered surface, leaving behind the desired structure. The etched Ni-thin film showed high difference in failure rate and sheet resistance regarding the used LTCC-material. DP951 had the lowest sheet resistance and no failure, whereas the CT800 had a failure rate of 40 %. The LTCC with high failure rate showed a strong chemical attack by the used etching medium. To address this phenomenon, the chemical resistance of the three different commercial LTCC (CT708, CT800 and DP951) against four different commonly used etching media (sulphuric acid, phosphoric acid, aqua regia, and hydrofluoric acid) is investigated. The dissolved ions are analyzed by ICP-OES to correlate the LTCC-composition and its chemical resistance.
Latente Wärmspeicher auf der Basis von NaCl-KCl-MgCl2 Mischungen stellen eine kostengünstige Option für die Energiespeicherung von Prozesswärme dar. Der Beitrag gibt einen Überblick über die materialwissenschaftlichen Herausforderungen im System Salz-Legierung, welche gelöst werden müssen, um diese Speichertechnologie industriell zu etablieren.