Spannende Themen, herausragende Dozenten und flexible Lernmöglichkeiten tragen zum wachsenden Erfolg der Massively Open Online Courses (MOOCs) bei – offene, internetgestützte Kurse mit einer Vielzahl an Teilnehmern rund um den Globus.
Folgender Kurs – zu finden auf der MOOC-Plattform edX – sollte einen Blick wert sein:
The Iterative Innovation Process
Eugene Fitzgerald (MIT) et al.
Start: 26.10.2016 / Arbeitsaufwand: 32-48 Stunden
Externer Link: www.edx.org
Pressemitteilung der HAW Landshut vom 10.10.2016
Wie Batterien in der Elektromobilität stärker und gleichzeitig sicherer werden, haben Experten der Hochschule Landshut im Verbundprojekt FORELMO untersucht.
Je höher die Energiedichte einer Batterie, desto weiter kann ein Elektroauto damit fahren. Das Problem dabei: Batterien mit steigender Energiedichte können im Fehlerfall explodieren. Doch wenn die Kathode aus anderem Material gefertigt wird, macht das die Batterie sicherer, haben Chemiker der Hochschule Landshut im Verbundprojekt FORELMO herausgefunden.
Eine Million Elektroautos sollen bis 2020 auf deutschen Straßen fahren – so das Ziel der Bundesregierung. Im Moment sind es ungefähr 55.000. Was viele Interessierte vom Kauf abhält: Die Autos sind im Vergleich zu Diesel und Benziner teurer. Helfen soll unter anderem der Umweltbonus, den Käufer beantragen können, wenn sie sich ein Batteriefahrzeug kaufen. Auch die Reichweite wird immer noch als Contra-Argument genannt. Dabei kommt man mittlerweile je nach Modell mit einer Batterieladung bis zu 200 Kilometer weit.
Entscheidend für beide Kriterien ist das Herzstück im Elektrowagen: die Batterie. Klein soll sie sein, möglichst leicht, günstig und natürlich sicher. Batterie- und Materialexperten arbeiten daran, diese Ansprüche zu erfüllen. „Ein Ziel ist, die Energiedichte der Batterien zu erhöhen“, erklärt Prof. Dr. Karl-Heinz Pettinger, wissenschaftlicher Leiter des Technologiezentrums Energie der Hochschule Landshut. Je höher die Energiedichte einer Batterie, desto weiter kann ein Auto damit fahren. „Das Problem dabei ist, dass sich diese Batterien mit steigender Energiedichte heftiger im Fehlerfall entzünden können“, so der Professor für Elektrische Energiespeicher weiter. Denn der Energiespeicher, meist ein Lithium-Ionen-Akku, erzeugt Wärme. Wird er nicht effizient gekühlt oder erleidet einen Kurzschluss, eine fatale Kettenreaktion. Sauerstoff wird aus dem Material freigesetzt, der sich intern entzündet. In der Folge brennt die Batterie oder explodiert. Thermisches Durchgehen oder thermal runaway nennen das Batterieexperten wie Pettinger.
Hochschule Landshut forscht für neue Generation von Batterien
Effizient, sicher, wirtschaftlich sollen elektrische Antriebe sein – so auch das Motto des Forschungsprojekts FORELMO – kurz für den Bayerischen Forschungsverbund für Elektromobilität. In dem dreijährigen Projekt, das kürzlich abgeschlossen wurde, entwickelten Partner aus Industrie und akademischer Forschung an effizienten Antriebsmaschinen und hochleistungsfähiger Elektronik. Neben der Hochschule Landshut war auch die TU München, das Fraunhofer-Institut für Integrierte Systeme und Bauelementetechnologie und die Georg-Simon-Ohm-Hochschule in Nürnberg als akademische Partner involviert. Aus der Industrie standen unter anderem Johnson Matthey Battery Materials, Infineon Technologies, TÜV SÜD Battery Testing und EPCOS zur Seite.
Der Chemiker Pettinger testete mit seinem Forschungsteam ein alternatives Material für einen kleinen doch essenziellen Teil der Batterie, die Kathode. Statt einer Nickelverbindung, die in 95 Prozent der Batterien steckt, nutzten die Forscher Lithium-Eisen-Phosphat ihres Industriepartners, dem Chemiekonzern Clariant. „Diese Verbindung setzt keinen Sauerstoff frei, der sich entzünden könnte. Das macht die Batterie sicherer“, fasst Pettinger zusammen.
Kathoden-Hersteller brauchen Kügelchen statt Pulver
Doch neues Material alleine reicht nicht aus. Prozesstechnologien mussten seine Konsistenz verändern. Denn damit Kathoden-Hersteller es leicht in bestehende Fertigungsprozesse einbinden können, müssen die Partikel mindestens ein paar Mikrometer groß sein. Die Teilchen der Phosphatverbindung dagegen waren ursprünglich ein Vielfaches kleiner, das Material also ein zu feines Pulver. Das ist in großen Anlagen nur schwer zu dosieren. „Außerdem müsste man mehr Binder- und Lösemittel einsetzen, was die Qualität der Elektroden senkt“, erklärt Pettinger. Er und seine Kollegen bei Johnson Matthey Battery Materials haben das Pulver prozessgerecht gemacht – und damit bereit für die industrielle Anwendung. „Aus den Ergebnissen des Forschungsprojekts erstellen wir eine Applikationsschrift, also eine Art Rezept, wie Batteriehersteller das Kathodenmaterial einsetzen können“, sagt Pettinger. Er wird auch weiterhin den Weg zu mehr Elektromobilität in Deutschland ebnen, denn das Bundesministerium für Bildung und Forschung hat ihn kürzlich den wissenschaftlichen Beirat „Batterieforschung Deutschland“ berufen. Dort unterstützt der Experte das Ministerium dabei, besonders zukunftsträchtige Projekte in der Batterieforschung zu fördern.
Externer Link: www.haw-landshut.de
Presseinformation (Forschung Kompakt) der Fraunhofer-Gesellschaft vom 04.10.2016
Die Automobilbranche forscht mit Hochdruck an Technologien für automatisiertes Fahren. Ein neues Sensor-System von Fraunhofer-Forschern soll für mehr Sicherheit sorgen.
Es war eine der Schlagzeilen dieses Sommers: Erstmals hat es einen schweren Unfall mit einem selbstfahrenden Elektroauto gegeben. Ein Fahrzeug kollidierte bei eingeschalteter Autopilotfunktion mit einem Lkw. Laut Hersteller konnten die Frontkameras den Sattelzug nicht richtig erkennen. Zudem hatte eine falsche Radarmessung die Vollbremsung verhindert. »Die Genauigkeit der Kamera ist von der jeweiligen Lichtsituation abhängig. In diesem Fall hat sie versagt. Das Radarsystem hat das Hindernis zwar erkannt, konnte es aber nicht genau lokalisieren und verwechselte den Lkw mit einem Wegweiserschild«, sagt Werner Brockherde, Geschäftsfeldleiter »CMOS Image Sensors« am Fraunhofer-Institut für Mikroelektronische Schaltungen und Systeme IMS in Duisburg. Der Forscher und sein Team setzen stattdessen auf die LiDAR-Technologie (Light Detection and Ranging), die sie weiterentwickelt haben. Sie schafft in Kombination mit anderen Komponenten die Voraussetzung für das selbstständige Lenken, Bremsen und Beschleunigen. »LiDAR hätte die Unfälle wahrscheinlich verhindern können«, so Brockherde. Beim automatisierten Fahren könnte das System die bisher genutzte Kamera- und Radartechnik ergänzen, um eine komplette Aufnahme des Fahrzeugumfelds zu erhalten und so Hindernisse im Verkehr zu erkennen.
LiDAR-Systeme senden gepulste Laserstrahlen, die an der Oberfläche von Objekten reflektiert werden. Mit sogenannten Time-of-Flight-Kameras empfängt das LiDAR-Gerät die zurückgestreuten Signale: Anhand der Laufzeit, die das Licht zu den Objekten und zurück benötigt, werden Abstand, Position und Geschwindigkeit von Fahrzeugen, Radfahrern, Passanten oder Baustellen errechnet. Mit diesen Daten lassen sich Kollisionen vermeiden.
Lichtblitz erfasst komplette Szenerie
Beim traditionellen LiDAR wird ein einziger Laserstrahl auf einen rotierenden Spiegel gelenkt, der so die Umgebung im 360-Grad-Winkel erfasst. Beispielsweise verwendet Google die Technologie für seine »Driverless Cars«. Allerdings sind diese Spiegelvarianten sehr klobig und mechanisch fehleranfällig, daher entscheiden sich viele Automobilhersteller gegen das System und verbauen es nicht in Fahrzeugen. Brockherde und seine Kollegen am IMS verwenden daher sehr empfindliche Sensoren, die ohne rotierenden Spiegel auskommen. Diese erfassen mit einem einzigen Laserblitz die gesamte Szenerie beziehungsweise Umgebung des Fahrzeugs. »Flash-LiDAR« bezeichnen die Forscher ihre neue Generation von Sensoren, die aus mehreren speziellen am IMS entwickelten Photodioden – sogenannten Single-Photon Avalanche-Dioden (SPADs) – bestehen. »In unserem Fall wird nicht nur ein Punkt beleuchtet wie beim klassischen LiDAR, sondern ein rechteckiges Messfeld«, erläutert Brockherde.
Die SPADs sind hundert Mal empfindlicher als beispielsweise in Smartphones integrierte Photodioden. Der Vorteil gegenüber dem klassischen LiDAR-System: Sowohl Sensor als auch Auswertelektronik sind auf nur einem Chip verbaut. Dadurch fällt die Entwicklung besonders klein und flach aus. Automobilhersteller können sie daher problemlos etwa hinter der Windschutzscheibe oder dem Scheinwerfer verbauen. Ziel der IMS-Forscher ist es, mit Flash-LiDAR eine Entfernung von bis zu 100 Metern abzudecken.
»Die ersten Systeme mit unseren Sensoren werden bereits 2018 in Serie gehen«, sagt der Forscher. Auch für andere Anwendungsfelder wie Medizin, Analytik oder Mikroskopie sind die empfindlichen Sensoren interessant, da sie auch bei schwachen Lichtintensitäten funktionieren.
Externer Link: www.fraunhofer.de
Performance:
Der TecDAX der Deutschen Börse AG legte im September 2016 um circa 4% zu.
Trend:
Auf Monatsbasis bedeutet der September 2016 das dritte Plus in Folge.
Pressemitteilung der Hochschule Coburg vom 22.09.2016
Was geschieht während der Heilung eines Knochenbruchs? Prof. Dr. Stefan Kalkhof von der Hochschule Coburg erforscht diesen Prozess. Er hat nun in Kooperation mit der Universität Leipzig und der Technischen Universität Dresden eine Analysemethode für den Wundbereich entwickelt.
Die Zahl der Knochenbrüche mit kompliziertem Heilungsverlauf ist in den letzten Jahren stark gestiegen. Ein Team aus Materialwissenschaftlern, Biologen, Biochemikern, Chemikern, Medizinern, Bioanalytikern und Informatikern erforscht Möglichkeiten, Knochen- und Hautverletzungen besser zu heilen. Prof. Kalkhof arbeitet mit ihnen im Sonderforschungsgebiet 67 „Funktionelle Biomaterialien zur Steuerung von Heilungsprozessen in Knochen- und Hautgewebe – vom Material zur Klinik“ der Universität Leipzig und der Technischen Universität Dresden zusammen. Insgesamt zwanzig Arbeitsgruppen hat das Sonderforschungsgebiet, das von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) gefördert wird. Ziel ist die Entwicklung neuer Implantate, die Entzündungen vorbeugen und die Heilung aktiv unterstützen.
Prof. Kalkhof erforscht in seinem Teilprojekt die molekularen Prozesse, die im Wundbereich ablaufen. Gemeinsam mit Prof. Dr. Martin von Bergen vom Helmholtz-Institut für Umweltforschung und Prof. Dr. Stefan Rammelt vom Universitätsklinikum Dresden analysiert er behandelte Knochenbrüche. Mit einer minimal-invasiven Mikrodialyse entnehmen sie Proteine und Aminosäuren direkt aus der Wundflüssigkeit. Dafür verwenden sie einen kleinen Katheter, deren Kanüle nur die Größe einer kleinen Blutkapillare hat.
Die Proben werden im Zeitverlauf der Heilung, meist in den ersten zwei Tagen, entnommen. Sie zeigen, wie sich die Zusammensetzung von Metaboliten und Proteinen während der Heilung verändert und welche Entzündungsmarker aktiv sind. Prof. Kalkhof und Prof. von Bergen konnten mit ihrem Team 400 Proteine, Aminosäuren und Lipide aus dem Wundbereich isolieren und mittels Massenspektrometrie quantifizieren. Erprobt wurde dies durch Versuche an Ratten und Schweinen im Labor des Universitätsklinikums Dresden.
„Die Erkenntnisse helfen, passende Implantate zu entwickeln, die den Heilungsprozess aktiv fördern“ sagt Prof. Kalkhof. Die Forscher haben nun ein besseres Verständnis der Prozesse, die im Wundbereich ablaufen, und können die Implantate entsprechend optimieren. Im Fokus steht dabei, das Risiko für Entzündungen und Abstoßungsreaktionen zu verringern.
Die Ergebnisse wurden in den internationalen Journalen Biomed Research International und PLOS One publiziert. (Mareike de Raaf)
Externer Link: www.hs-coburg.de