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Drei Forscher teilen sich dieses Jahr den Nobelpreis in Chemie. Sie werden ausgezeichnet für ihren jeweiligen Beitrag zur Entwicklung von Lithium-Ionen-Batterien. Petr Novák forscht am PSI ebenfalls in diesem Bereich und kennt die drei Preisträger seit Jahrzehnten persönlich. Im Interview erzählt er, wie er einem von ihnen im entscheidenden Moment gegenübersass.

Produzieren Fotovoltaik- oder Windkraftanlagen mehr Strom, als das Netz aufnehmen kann, geht wertvolle Energie verloren. Auf der ESI-Plattform untersuchen Forschende des PSI, wie Brennstoffzellen dazu beitragen können, diese Energie durch Speicherung gezielt nutzbar zu machen.

Damit Sonnen- und Windenergie in Form von Wasserstoff gespeichert werden können, werden effiziente Elektrolyseure benötigt. Dank eines neuen Materials, das Forschende des Paul Scherrer Instituts PSI und der Empa entwickelt haben, dürften diese Geräte in Zukunft günstiger und effizienter werden. Die Forschenden haben auch gezeigt, wie sich das neue Material zuverlässig in grossen Mengen herstellen lässt, und seine Leistungsfähigkeit in einer technischen Elektrolysezelle, der Hauptkomponente eines Elektrolyseurs, nachgewiesen.

Materialforschende des PSI haben eine Methode entwickelt, die entscheidende Einblicke in die Lade- und Entladeprozesse von Lithium-Schwefel-Akkus ermöglichen. Die Methode offenbarte zudem: Mit Quarzpulver als Akku-Zusatz steigt die darin verfügbare Energie und der allmählich eintretende Kapazitätsverlust fällt deutlich schwächer aus.

Forschende des PSI und der ETH Zürich haben ein sehr einfaches und kostengünstiges Verfahren entwickelt, um die Leistung herkömmlicher Lithium-Ionen-Akkus deutlich zu steigern. Ob Armbanduhr, Smartphone, Laptop oder Auto, für alle Anwendungsbereiche lassen sich so die Akkus optimieren. Demnach hält eine Ladung nicht nur deutlich länger, auch das Aufladen erfolgt schneller.

Forschende des Paul Scherrer Instituts PSI haben im Labor ein Beschichtungsverfahren entwickelt, das die Effizienz von Brennstoffzellen erhöhen könnte. Das für die Massenproduktion geeignete Verfahren haben die PSI-Wissenschaftler bereits zum Patent angemeldet.

Lithiumeisenphosphat-Batterien sind sehr langlebig und lassen sich relativ schnell aufladen. Forschende des Paul Scherrer Instituts PSI, der ETH Zürich und der Forschungs- und Entwicklungslabore von Toyota zeigen in einer neuen Studie die Gründe für diese Eigenschaften. Die Erkenntnisse wurden möglich dank Messungen mit einer neuen Methode an der Synchrotron Lichtquelle Schweiz SLS des PSI.

Am vergangenen 4. November fand am Paul Scherrer Institut das erste Jahressymposium des Kompetenzzentrum des Bundes für Forschung zu Strom- und Wärmespeicherung (SCCER Heat and Electricity Storage) statt. Vertreter aus den beteiligten Forschungsgruppen sowie aus Industrieunternehmen mit einem Bezug zum Thema Speicherung berichteten in ihren Vorträgen über die jüngsten Fortschritte auf dem Gebiet der Wärme- und Stromspeicherung in der Schweiz. Die Tagung zeigte die Intensität der Transformationen, die von der Energiestrategie 2050 in Gang gesetzt worden sind.

Forscher des Paul Scherrer Instituts PSI haben mit Hilfe einer neuartigen Methode erstmals die Verteilung von Eis und flüssigem Wasser in einer Wasserstoff-Brennstoffzelle direkt abgebildet. Die neue Bildgebungstechnik verwendet zwei Strahlen mit unterschiedlicher Neutronenenergie, um Bereiche mit flüssigem Wasser von solchen mit Eis mit hoher Zuverlässigkeit zu unterscheiden. Die Methode eröffnet somit die Perspektive, eines der wichtigsten Probleme bei der Anwendung von Brennstoffzellen als Antrieb von Fahrzeugen zu untersuchen. Eis kann nämlich die Poren in den Brennstoffzellen verstopfen und dadurch ihre Funktion beeinträchtigen. Ihre Ergebnisse veröffentlichen die PSI-Wissenschaftler am 16.6.2014 im Journal Physical Review Letters.

Die SBB lanciert am 4. April 2014 ein neues Minibar-Modell in ihren Intercity-Zügen. Mit an Bord wird dann ein vom Paul Scherrer Institut mitentwickeltes Brennstoffzellen-System sein. Es sorgt dafür, dass die Minibar nun trotz Platzbeschränkungen über genügend Kraft verfügt, um auch Capuccinos und Latte macchiato zu brühen.

Als Bestandteil der Energiestrategie 2050 haben Bund und Parlament eine verstärkte Förderung der Energieforschung in der Schweiz beschlossen. Dazu gehört die Einrichtung von sieben interuniversitär vernetzten Kompentenzzentren (Swiss Competence Centers in Energy Research SCCER). In den SCCER sollen sich Institutionen aus dem ETH-Bereich, den Universitäten und den Fachhochschulen gemeinsam mit Industriepartnern zusammenschliessen, um neue Kompetenzen und Lösungen in für die Energiewende entscheidenden Aktionsfeldern zu erarbeiten. In zwei SCCER à zu den Themen Speicherung und Biomasse à, die bereits den Zuschlag erhalten haben, ist das Paul Scherrer Institut PSI die federführende Institution. Die beiden Kompetenzzentren werden ihre Arbeit im Jahr 2014 aufnehmen.

Eine neuartige Polymermembran aus dem Paul Scherrer Institut PSI hat im Labortest eine längere Haltbarkeit als die besten kommerziell erhältlichen Pendants gezeigt. Der Durchbruch gelang dank Modifizierung eines preisgünstigen Kunststofffilmes durch Bestrahlung und anschliessendes „Aufpfropfen“ funktioneller Komponenten. Der so veränderte Kunststoff hält nicht nur lange à er könnte die Herstellungskosten der Membran um 50 bis 80 Prozent senken. Anwendung finden könnte die Membran etwa in Wasserstoffbrennstoffzellen oder in Elektrolyseuren zur Wasserstoffherstellung aus Wasser.

Im Rahmen des Sinergia-Programms fördert der Schweizerische Nationalfonds das dreijährige Forschungsvorhaben REPCOOL. Unter der Leitung von IBM Research à Zürich arbeiten in diesem Projekt Wissenschaftler der ETH Zürich, des Paul Scherrer Instituts in Villigen und der Università della Svizzera italiana in Lugano gemeinsam an der Erforschung eines „elektronischen Blutkreislaufs“ für zukünftige 3D-Computerchips. Vom menschlichen Gehirn inspiriert, entwickeln die Forscher ein Mikrokanalsystem mit einer elektrochemischen Flussbatterie, die 3D-Chipstapel gleichzeitig kühlen und mit Energie versorgen. Ultimatives Ziel ist die Entwicklung eines Supercomputers in PC-Grösse.

Wasserstoff-Brennstoffzellen haben das Potenzial, die individuelle Mobilität in eine umweltfreundliche Zukunft zu führen. Das Paul Scherrer Institut PSI erforscht und entwickelt seit mehr als 10 Jahren solche Brennstoffzellen. Erste Praxistests haben deren erfolgreichen Einsatz in Autos und Bussen demonstriert. Weitere Forschung bleibt jedoch nötig, um ihre Langlebigkeit und Wirtschaftlichkeit zu verbessern. Ein internationales Forscherteam mit PSI-Beteiligung hat nun ein neues Nanomaterial hergestellt und charakterisiert, das Leistungsfähigkeit und Haltbarkeit dieser Brennstoffzellen um ein Vielfaches erhöhen könnte - bei gleichzeitiger Senkung der Materialkosten.

Für die Entdeckung und Charakterisierung des Wundermaterials Graphen à eine genau 1 Atom dünne Schicht aus Kohlenstoff à erhielten zwei russischstämmige Physiker im Jahr 2010 den Nobelpreis und viel Medienrummel. Seit der ersten Isolierung von Graphen stürzten sich deshalb weltweit Wissenschaftler auf die Suche nach Anwendungen. Forscher am Paul Scherrer Institut PSI haben nun die Grundlagen für einen Graphen-basierten Superkondensator erarbeitet. Mit dessen Hilfe liesse sich etwa die Lebensdauer von Batterien in Hybridautos deutlich verlängern.

Lithiumionen-Batterien dienen als leistungsstarke Energiespeicher in vielen kommerziellen Elektronikgeräten. Sie können viel Energie auf kleinem Raum und bei relativ geringem Gewicht fassen, so viel steht fest. Zudem eilt ihnen der gute Ruf voraus, keinen Memory-Effekt aufzuweisen. Darunter verstehen Fachleute eine Abweichung der Arbeitsspannung der Batterie, die bei unvollständigem Laden bzw. Entladen auftritt und dazu führen kann, dass die gespeicherte Energie nur teilweise nutzbar und der Ladezustand der Batterie nicht zuverlässig abzuschätzen ist. Forscher des Paul Scherrer Instituts PSI haben nun, zusammen mit Kollegen des Toyota-Forschungslabors in Japan, bei einem weit verbreiteten Typ der Lithiumionen-Batterie doch einen Memory-Effekt entdeckt. Besonders hohe Relevanz besitzt der Fund im Hinblick auf den bevorstehenden Einzug der Lithiumionen-Batterien in den Elektromobilitätsmarkt. Die Arbeit erschien heute in der Fachzeitschrift Nature Materials