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Was steckt in der Batterie der Zukunft?
Die Empa-Forschungsgruppe von Maksym Kovalenko entwickelt innovative Materialien für die Akkus von morgen. Ob schnell aufladbare Elektroautos oder günstige Stromspeicher: Für jede Anwendung finden sie ein vielversprechendes Material oder ein neuartiges Herstellungsverfahren. Was macht eine gute Batterie aus? Ist es ihre Kapazität? Wie schnell sie lädt? Oder doch ihr Preis? Die Antwort hänge davon ab, wo die Batterie zum Einsatz kommt, sagt Empa-Forscher Kostiantyn Kravchyk. In der Gruppe «Functional Inorganic Materials», die von Maksym Kovalenko geleitet wird und Teil des Empa-Labors «Thin Films and Photovoltaics» ist, entwickelt der Wissenschaftler neue Materialien, um die Batterien von morgen leistungsfähiger und schneller, oder eben günstiger zu machen. Zwei Einsatzbereiche von wiederaufladbaren Batterien sind…
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Gute Bakterien für böse Wunden
Empa-Forschende entwickeln einen Verband mit Milchsäurebakterien. Die probiotischen Laktobazillen sollen die Heilung chronischer keimbelasteter Wunden fördern, indem sie hartnäckige Biofilme zerstören, berichtet das Team im Fachmagazin «Microbes and Infection». Millimeter für Millimeter bahnt sich neues Gewebe seinen Weg durch eine Wunde bis es eine Hautverletzung wieder geschlossen hat. Bald ist im günstigsten Fall nichts mehr zu sehen von einer Knieschramme, einem Fingerschnitt oder einer Brandblase. Nicht so jedoch bei chronischen Wunden: Wenn sich die Verletzung nach vier Wochen nicht geschlossen hat, liegt eine Wundheilungsstörung vor. Mitunter kann sich eine scheinbar harmlose Gewebeschädigung so zu einem permanenten gesundheitlichen Problem auswachsen bis hin zu einer Blutvergiftung. Die Behandlung ist besonders schwierig, da…
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Beton als CO2-Fänger – schon im Werk
Zementbaustoffe wie Beton nehmen nach ihrer Herstellung, die viel Kohlendioxid emittiert, das Klimagas wieder auf – ein Prozess, der Jahrzehnte dauert und kaum kontrollierbar ist. Lässt er sich für den Klimaschutz beschleunigen? Empa-Forscher haben in einem aufwändigen Projekt mit zahlreichen Partnern an einer Lösung mitgewirkt, die schon im Betonwerk stattfindet. Erste Resultate sind ermutigend. Selbst die grössten Sünder können sich bessern: Diese Hoffnung hegt die Fachwelt auch beim «Klimasünder Beton». 6 bis 8 Prozent der menschengemachten CO2-Emissionen weltweit gehen auf das Konto von Zement, dem unerlässlichen Bindemittel für den harten und vielseitigen Baustoff – doch zugleich ist er in der Lage, das Klimagas, das bei der Zementproduktion ausgestossen wurde, nach…
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Saubere Schlammschlacht
Umweltschonend, überall verfügbar und wiederverwertbar: Lehm lockt als saubere Alternative unter den Baustoffen. Wie sich die begehrte Erde tatsächlich nachhaltig und stabil verbauen lässt, findet Empa-Forscherin Ellina Bernard jetzt heraus. Ihr Projekt wird vom Schweizerischen Nationalfonds (SNF) mit einem «Ambizione»-Grant gefördert. Die gebaute Umwelt ist zugleich das bauliche Fundament einer Gesellschaft sowie einer ihrer grössten Klimasünder. Allein bei der Zementherstellung entstehen rund sieben Prozent aller Treibhausgasemissionen weltweit. Empa-Forschende arbeiten daher an verschiedenen Wegen, diese Emissionen mit innovativen Baumaterialien und -technologien zu senken. Einer dieser Wege zum sauberen Bauen ist ein schlammiger: Ellina Bernard vom «Beton & Asphalt»-Labor der Empa in Dübendorf und der Professur für Nachhaltiges Bauen an der ETH…
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Vertrauen ist gut – Kontrolle besser
Obwohl strenge Grenzwerte existieren, können Batterien noch immer zu viele schädliche Inhaltsstoffe wie Quecksilber, Cadmium und Blei enthalten. Das Bundesamt für Umwelt (BAFU) hat deshalb eine Kontrollkampagne gestartet. Mit einer eigens dafür entwickelten Methode zur Analyse von Schwermetallen hat die Empa die Grundlagen dafür gelegt. Aus unserem Leben sind Batterien als Energiespeicher nicht mehr wegzudenken. Sie sind praktisch allgegenwärtig und werden als Starterbatterien, in Industrieanlagen, aber auch in Alltagsgegenständen wie Spielzeug, Uhren, Radios, Laptops, Taschenlampen, Hörgeräte usw. verwendet. Der Bedarf an Batterien – wozu auch Akkus gehören – ist riesig. Wegen der extremen Nachfrage nach den in den Stromspeichern verwendeten Rohstoffen werden diese teilweise schon knapp und entsprechend teurer. Daher…
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Virtueller Bahnlärm – nah an der Realität
An der Empa erkunden Akustik-Fachleute seit Jahren, wie Lärm durch Personen- und Güterzüge entsteht – und welche technischen und baulichen Massnahmen dagegen besonders wirksam sind. Ihre theoretischen und praktischen Erkenntnisse sind nun in das Projekt «SILVARSTAR» eingeflossen. Das Resultat ist ein Simulationstool für Bahnlärm, das auch in der Praxis weiterhelfen kann. Für Anwohner von Bahnstrecken ist er oftmals lästig – und für Fachleute, die ihnen helfen möchten, eine so vielschichtige Herausforderung, dass es eigentlich einen Plural von «Bahnlärm» geben müsste. Rollgeräusche von Stahlrädern auf rauen oder glatteren Schienen, Bremstöne in unterschiedlichen Frequenzen, Motorenlärm, aerodynamische Geräusche … – das alles gedämpft oder beeinflusst von Lärmschutzwänden, Böschungen, der Beschaffenheit des Bodens unter…
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Mit Robotern die Batterieforschung beschleunigen
Empa-Forscher wollen die Entwicklung dringend benötigter neuer Energiespeicher mit Hilfe des Batterieroboters «Aurora» beschleunigen. Das Projekt gehört zur europäischen Forschungsinitiative Battery2030+, die unlängst von der EU mit über 150 Millionen Euro gefördert wurde. Zudem ist das Projekt Teil der «Open Research Data»-Initiative des ETH-Rats, die die Digitalisierung und den freien Zugang zu Forschungsdaten vorantreibt. Die Welt braucht dringend neuartige Energiespeicher. Komplett neue Konzepte für Batterien zu entwickeln und deren Potenzial zu erkunden, ist zurzeit allerdings ein langwieriger Prozess, wie Corsin Battaglia, Leiter des «Materials for Energy Conversion»-Labors der Empa in Dübendorf und Professor an der ETH Zürich, betont «Unser Ziel ist es, diesen Prozess zu beschleunigen», so Battaglia. Diese Beschleunigung…
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Aus (Asph)alt mach neu
Die Schweiz ist gebaut, zumindest was das Strassennetz anbelangt. Daher fällt heute trotz Recycling deutlich mehr Ausbauasphalt an, als in neuen Strassen wieder eingebaut werden kann. Empa-Forscher Martins Zaumanis hat sich zum Ziel gesetzt, die Recycling-Anteile im Asphalt zu erhöhen – mit angepassten Herstellungsmethoden und einfachen Anleitungen. Zwei Teststrecken mit Recycling-Asphalt in Uster und auf dem Lukmanierpass sind vielversprechend. Im Frühjahr spriessen nicht nur Schneeglöckchen und Krokusse, sondern auch die Baustellen auf den Schweizer Strassen. Allerorts wird ausgebessert, geflickt und erneuert. Ein Teil des alten Asphalts aus dem Schweizer Strassennetz wird rezykliert, rund 750’000 Tonnen allerdings landen jährlich auf den Deponien und türmen sich dort zu immer höheren, schwarzen Bergen.…
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Die Akku-Revolutionäre
Das Empa-Spin-off «BTRY» will Batterien neu denken: seine Dünnschichtbatterien sind nicht nur sicherer und langlebiger als herkömmliche Lithium-Ionen-Akkus, sie sind auch wesentlich umweltfreundlicher in der Herstellung und lassen sich in nur einer Minute auf- und entladen. Noch ist die Batterie klein, aber die Gründer haben grosse Pläne. Lithium-Ionen-Akkus sind überall: von Smartphones und Laptops über Autos bis hin zu Satelliten, die um die Erde kreisen. Es ist unsere derzeit ausgereifteste Batterietechnologie. Dennoch ist sie nicht für alle Anwendungen ideal. Lithium-Ionen-Batterien büssen mit jedem Lade- und Entladezyklus an Kapazität ein, laden sich verhältnismässig langsam auf und funktionieren nur in einem engen Temperaturbereich richtig gut. Aus der Sicht der Empa-Forschenden Abdessalem Aribia…
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Neuer Kunststoff schützt vor Flammen – und vor Verschwendung
Empa-Forschende haben ein Epoxidharz entwickelt, das sich reparieren und recyceln lässt – und zudem schwer entflammbar und mechanisch widerstandsfähig ist. Mögliche Anwendungen reichen von Beschichtungen für Parkettböden bis hin zu Verbundwerkstoffen für Züge und Flugzeuge. Epoxidharze sind widerstandsfähige und vielseitige Kunststoffe. In Kombination mit Glas- oder Kohlenstofffasern werden sie beispielsweise zur Herstellung von Bauteilen für Flugzeuge, Autos, Züge, Schiffe und Windkraftanlagen verwendet. Solche faserverstärkten Kunststoffe auf Epoxidbasis haben auszeichnete mechanische und thermische Eigenschaften und sind viel leichter als Metall. Ihre Schwäche: Sie sind nicht recycelbar – zumindest noch nicht. Nun haben Empa-Forschende um Sabyasachi Gaan vom Empa-Labor «Advanced Fibers» einen Kunststoff auf Epoxidharzbasis entwickelt, der vollständig recycelbar, reparierbar und zudem…
