TOMORROW TODAY BATTERIEMATERIALFORSCHUNG
AUF DER SUCHE NACH NEUEN ENERGIEZELLEN BUNDESHEER SETZT AUF AIT-KOMPETENZ // Zukunftsthemen werden gemeinsam erforscht FIT FÜR DAS ALL MIT PULSWELLENMESSUNG // Auswirkungen bei längerer Schwerelosigkeit SINNE STÄRKEN MIT DER HÖRBRILLE // Active Assisted Living in neuen Dimensionen
Atanaska Trifonova, Leiterin AIT Batterieforschungslabor
03 16
TOMORROWTODAY II
ENERGIEQUELLEN VON MORGEN
Top-Story
Das Team rund um Atanaska Trifonova gilt in Österreich, aber auch in Europa, als federführend in der Batterieforschung.
Batteriematerialforschung zählt zu den Kernaufgaben des AIT Mobility Departments. Dabei wird die gesamte Wertschöpfungskette von Materialoptimierung über Batterie-Testing bis zum System-Design abgedeckt.
Fotos & Coverbild: Johannes Zinner
Und dann hält die Zelle endlich durch, widersteht der hohen Umgebungstemperatur und behält ihre Form. Experiment geglückt, Zelle lebt. Solche „harten“ Experimente, bei denen unterschiedliche Materialien für Batteriezellen unter Extrembedingungen getestet werden, sind zwar nur ein kleiner Teil dessen, was das Team des Geschäftsfeldes Eectric Drive Technologies am Mobility Department täglich erforscht. Entscheidend ist jedoch: Was hier am Batteriematerialforschungslabor des AIT passiert, könnte unser Leben in den nächsten Jahrzehnten maßgeblich beeinflussen – vor allem im Bereich Mobilität und Energie. Denn das AIT gilt als führend in der Erforschung von Batterien und Batteriematerialien sowie deren Eigenschaften und Verhaltensweisen. Von Materialherstellung und -analyse, über Screenings und Wahl der optimalen Batteriezelle, die mittels Simulationen unterstützt werden, bis hin zum Zell-Testing – das AIT bietet seinen Kunden mit dem neuen Labor alles aus einer Hand. Zusätzlich kann eine Frühdiagnostik der Batteriealterung durchgeführt werden. Auch Post-mortemAnalysen zählen zum umfangreichen Leistungsportfolio des Departments. Mit Ex- und In-situ-Methoden bzw. -Tools können auch Second Life of Cells abgeschätzt werden. „Wir sind ein echter One-stop-shop für Automobilzulieferer, Batteriehersteller, Materialentwickler oder Zellhersteller“, betont Prof. Atanaska Trifonova, Leiterin des Labors und seit kurzem erster weiblicher Principal Scientist am AIT. Mit ihrer Ernennung will das AIT seinen Schwerpunkt auf Batterieforschung weiter ausbauen. Spitzenforscherin Trifonova wird dazu mit ihrem Team neue Ideen entwickeln und dem Forschungsgebiet ihren Stempel aufdrücken. „Mit
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Im AIT Batterieforschungslabor werden Materialien härtesten Testreihen ausgesetzt.
biet vorstoßen – und zwar nicht nur national“, sagt Trifonova. Batterien sind ein strategisches Thema für das AIT. Der Fokus liegt vorerst auf der Verbesserung der Lithium-Ionen-Technologie, etwa durch neue Elektrodenmaterialien. „Vor allem bei großformatigen Zellen gibt es noch Nischen in der EU. Wir integrieren daher Grundlagen- und angewandte Forschung mit einem multidisziplinären Team“, erklärt Trifonova. Aber auch an der übernächsten Generation der Akkutechnologien soll gearbeitet werden – wenngleich wir uns in den nächsten 10-15 Jahren nach wie vor mit der guten, alten Lithium-Ionen-Batterie im E-Mobil bewegen oder über unsere Smartphones chatten werden. „Die Lithium-Ionen-Batterie ist der best performer für E-Mobilität und auch für stationäre Speicher einsetzbar“, betont Trifonova. Sicherheit, Kosten und Lebensdauer sind die zentralen Qualitätskriterien einer Batterie, ergänzt um die Energiedichte – das wesentliche Maß für die erzielbare Reichweite eines E-Fahrzeugs – sowie die Leistungsdichte, von der etwa Beschleunigung, Fahrgeschwindigkeit und Ladezeiten abhängen. Lithium-Ionen-Akkus punkten mit hoher Energiedichte und langer Lebensdauer und bieten trotz ihres Reifegrades noch einiges Potenzial. Deshalb befassen sich Atanaska Trifonova und ihr Team ganzheitlich mit dem Thema – von der Entwicklung und Optimierung der Materialien und Prozesstechnologien über die Mikrostruktur und thermoelektrische Modellierung und Simulation bis hin zum Prototyping und der umfassenden Vali-
dierung von Zellen, Modulen und Systemen nach industriellen Testprotokollen. Geforscht wird aber auch an Alternativen zur Lithium-Ionen-Batterie, etwa an der Lithium-Luft- sowie der Magnesium-Ionen-Batterie. „Da sind wir absolute Vorreiter in Europa und noch im Grundlagenforschungsstadium“, stellt Trifonova fest. Damit schafft das AIT wichtige Voraussetzungen für die Industrie, die möglichst früh im Entwicklungsprozess eine Einschätzung zulassen, ob eingesetzte Materialien für die Hochspannungszellen der Zukunft geeignet sind. „Mit unserem Batteriemateriallabor gewährleisten wir neueste, ganzheitliche Forschungsinfrastruktur aus einer Hand“, betont Trifonova. Erhöhung der Lebensdauer einer Batterie, Effizienz und Kapazität der Batterien – all das wird von AIT Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern untersucht und optimiert. „Derzeit sind wir in 17 Batterieforschungs-Projekten involviert“, so Trifonova, „die Hälfte davon sind EU-Projekte, bei denen wir zumeist auch Konsortialführer sind.“ Das internationale AIT-Netzwerk für Batterieforschung spannt sich von den deutschen Forschungszentren (Karlsruher Institut für Technologie und Fraunhofer-Institute) über Kooperationen in UK bis zu koreanischen und chinesischen Universitäts- und Forschungspartnern. Mit seiner Labor-Infrastruktur unterstützt das AIT den Einstieg in die Elektro-Ära und treibt die Evolution vom konventionellen Fahrzeug über verschiedene Hybridtechnologien bis hin zum reinen Elektrofahrzeug weiter voran. Und das für internationale Top-Kunden: Zu den AIT-Klienten zählen u. a. Mitsubishi Chemical, LG Chem, EPCOS, Nissan Motor Co. Ltd oder VW. Vor allem in Asien sind die Forschungsergebnisse aus Wien derzeit sehr gefragt. Doch das ist noch längst nicht das Ende der Fahnenstange: Derzeit arbeiten Trifonova und ihr Team an der Erweiterung um eine Forschungsproduktionslinie sowie am Ausbau der Kompetenz für Hochspannungsbatterien und Prozessdesign.
Forscherin von Spitzenruf Prof. Dr. DI Atanaska Trifonova verfügt über mehr als 20 Jahre Erfahrung im Bereich der Lithium-Ionen-Batterien und ist seit kurzem erster weiblicher Prinzipal Scientist am AIT. Mitte 2013 übernahm sie die Themenkoordination für elektrische Energiespeicher und leitet seither die Batterieforschungsgruppe beim AIT Mobility Department. Zu Trifonovas Forschungsgebiet zählen elektrochemische Energiespeicherung sowie Umwandlung, Nanotechnologie und Elektrochemie.
Foto: Johannes Zinner
der Material- und Prozessentwicklung können wir als einziges Institut die ganze Produktionskette, vom Material über das Zelldesign bis zur Systemebene, bearbeiten. Wir wollen mit unserem Know-how unter die führenden Player auf dem Ge-
Performance & Success
FOCUS ON PERFORMANCE & SUCCESS FORSCHUNGSÜBEREINKOMMEN
BUNDESHEER SETZT AUF AIT KOMPETENZ IN ZUKUNFTSFRAGEN Verlängerung der Kooperation: Minister Hans Peter Doskozil, Brigadier Klemens Hofmeister, AIT Head of Digital Safety & Security Department Helmut Leopold, AIT Aufsichtsratsvorsitzender Hannes
Fotos: AIT/Johannes Zinner
Androsch (v.l.n.r.)
Verteidigungsminister Hans Peter Doskozil und AIT-Aufsichtsratsvorsitzender Hannes Androsch unterzeichneten kürzlich eine Kooperationsvereinbarung zwischen dem Bundesministerium für Landesverteidigung und Sport und dem AIT Austrian Institute of Technology. Damit wird die erfolgreiche Forschungszusammenarbeit, die seit 2010 besteht, um weitere fünf Jahre verlängert. „In der heutigen Zeit ist es wichtig, uns die Frage zu stellen, was wollen wir erreichen, wo sind die Herausforderungen und wie können wir das vorhandene Fachwissen bündeln“, sagt Verteidigungsminister Hans Peter Doskozil. „Wir müssen uns gemeinsam mit Forschungspartnern weiterentwickeln. In den letzten fünf Jahren der Kooperation mit dem AIT wurden sehr tiefgreifende Forschungsprojekte realisiert.“ Für Hannes Androsch ist das Ziel der Kooperation die Erzeugung von Synergien und die Lukrierung von Vorteilen für beide Organisationen sowie eine Stärkung der österreichischen Position im Bereich der Sicherheitsforschung im europäischen Kontext: „In den vergangenen Jahren haben sich Bundesheer und AIT gemeinsam an rund 35 Projekten mit akquirierten Fördermitteln von insgesamt fast 50 Mio. Euro im Rahmen von nationalen Sicherheitsforschungsprogrammen des BMVIT, aber vor allem von europäischen Förderprogrammen erfolgreich beteiligt.“ Haupthemen der Zusammenarbeit sind die nationale Sicherheit, der Schutz von Personen und Gut in gefährlichen Situationen, Cybersecurity für die Sicherheit in kritischen Infrastrukturen und die Lagebilderstellung im Krisen- und Katastrophenmanagement. So arbeiten AIT ExpertInnen im Forschungsschwerpunkt Cyber Attack Information System (CAIS) an Sicherheitstechnologien wie z. B. neuartigen Techniken zur Anomalie-Erkennung von IT-Systemen sowie an Methoden für den organisationsübergreifenden Austausch von Informationen über Cyber-Incidents. Diese helfen, C yberangriffe in international koordinierter Weise abzuwehren und ermöglichen eine effiziente Analyse einer aktuellen Bedrohungslage.
„Ziel ist es, die Entnahme von Zapfluft aus den Triebwerken zu reduzieren oder gänzlich zu vermeiden.“ Boschidar Ganev, AIT Engineer
LUFTFAHRT
BESSER HEIZEN IM HELIKOPTER Im Projekt HELI-COMFORT arbeitet ein AITExpertInnenteam an der Weiterentwicklung eines innovativen, speziell designten Prototypen eines elektrischen Heizsystems bis Technologie-Reifegrad TRL 4 oder höher. Nach Tests an kleineren Proben im Labormaßstab und einer CFD-Simulation der Heizelemente im Inneren eines Helikopters, wird das Heizsystem in ein 1:1-Modell eines Hubschraubers eingebaut und in einem Großlabor unter Umweltbedingungen untersucht. Damit soll die Beschichtung mit variabler Leistungsdichte auf ihre Eignung zur energieeffizienten Beheizung von Cockpit und Kabine untersucht werden.
TOMORROWTODAY VI
Martin Suda (l.), der seine Karriere am AIT-Vorläufer ARC begann und Helmut Leopold (Head of AIT Digital Safety & Security Department)
Stephanie Schwarz Scientist, Innovation Systems
QUANTENFORSCHUNG
BRÜCKE ZUR INDUSTRIE
MOBILITÄT
E-TAXIS IN WIEN Mit vielen relativ kurzen Fahrten, häufigen Wartezeiten und hohen Tageskilometerleistungen wären Taxis als E-Mobile prädestiniert. Um dieses Potenzial ausnutzen zu können, braucht es an den besonderen Bedarf von Taxiflotten angepasste Ladeinfrastrukturen. In einem AIT-Projekt wurden aus historischen Taxifahrten von etwa 800 konventionellen PKW die Standorte von Ladestationen so optimiert, dass eine bestmögliche Abdeckung des Ladebedarfs bei einer begrenzten Anzahl von Stationen erreicht wird. Auf Basis dieser Arbeiten wurden in Wien zunächst zehn Schnellladestandorte bestimmt.
FACHGREMIUM
AIT-EXPERTISE IST IN EUROPA GEFRAGT Dr. Brigitte Bach, Leiterin des Energy Department, wurde nach erfolgreicher zweijähriger Amts periode als Vorsitzende der Horizon 2020 Advisory Group on Energy Brigitte Bach, (AGE) wiedergewählt. Sie ist die Leiterin des Energy Department einzige österreichische Vertreterin in diesem hochrangig besetzten G remium von 28 europäischen ExpertInnen aus Wissenschaft und Wirtschaft. Ziel der AGE ist es, strategischen Input für die Arbeitsprogramme der EU Kommission im Bereich Energieforschung im Rahmen von Horizon 2020 zu liefern.
ACTIVE ASSISTED LIVING
DIE SINNE STÄRKEN Mit einer „Hörbrille“ erkundet das Innovation Systems Department neue Wege, um ältere Menschen im Alltag zu unterstützen. Die Business Unit Technology Experience forscht dazu an Ansätzen für die sprachgesteuerte Interaktion mit mobilen Services. AIT-Scientist Stephanie Schwarz: „Das Projekt verbindet einen unersetzbaren Alltagsgegenstand, die Brille, mit eHealth-Applikationen am Smartphone – u. a. Erinnerungen, Notruf, Schrittzähler – und schafft so Unterstützung und Sicherheit für ältere Menschen.“ Diese Interaktion erfolgt über eine „Hörbrille“, einer Kombination aus Lesebrille und Knochenleitungshörgerät. Zusätzlich soll die Hörbrille auch Vitalfunktionen messen können, etwa Körpertemperatur und Puls, und so Auskunft über das körperliche Befinden geben. Nach der Testphase im Labor lässt sich erkennen, dass Sprachinteraktion per se und Lösungen zur Hörunterstützung über die Knochenleitungsbrille von den älteren TeilnehmerInnen mit unterschiedlich ausgeprägtem Hörvermögen akzeptiert werden. Im Rahmen einer Feldstudie soll das Gesamtsystem nun von älteren, hörbeeinträchtigten Menschen im Alltag erprobt werden, um Implikationen hinsichtlich User Experience in verschiedenen Nutzungskontexten zu erlangen.
Fotos: Michael W. Mürling / AIT, AIT
Kürzlich war Quantenforscher Dr. Martin Suda in Wien zu Gast und bestätigte in seinem Vortrag die Bedeutung angewandter Quantenforschung als Brücke zur Industrie. Hierzu verfügt das AIT über ein umfangreiches High-Tech-Technologieportfolio, etwa eine spezielle Software zur Verschlüsselung mittels Quantenkryptografie, die der weltweiten Community als Open Source Software angeboten wird.
PULSWELLENTECHNOLOGIE
FIT FÜR DEN WELTRAUM Die Pulswellenmessungen in Schwerelosigkeit an Bord des A-310 Zero-G bilden die Basis für den Einsatz der oszillometrischen Pulswellenanalyse in der Weltraumphysiologie. Gemeinsam mit der Arbeitsgruppe Herzkreislaufphysiologie vom Institut für Luft- und Raumfahrtmedizin des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR) und der Gruppe um Prof. Jens Tank von der Medizinischen Hochschule Hannover führten AIT-Experten eine Parabelflugkampagne durch. Dabei wurden in jeweils 31 Parabeln Messungen in Schwerelosigkeit durchgeführt. Neben Blutdruckmessungen wurden die brachialen Druckwellen zur Pulswellenanalyse während des Flugmanövers aufgezeichnet. Zusätzlich wurde der Druck mit einer Oberschenkelmanschette gemessen sowie EKG-Ableitungen erfasst. Dies erlaubt die Bestimmung von Pulswellenlaufzeiten und ermöglicht Rückschlüsse auf akute Blutdruckschwankungen. Die Parabelflugkampagne diente als Vorbereitung für Pulswellenmessungen auf der Internationalen Raumstation ISS, die Auswirkungen von längeren Aufenthalten in der Schwerelosigkeit auf den menschlichen Körper und insbesondere auf das Herz-Kreislaufsystem untersuchen sollen.
INNOVATION CALENDAR 19.6.-24.6.2016 // INTERNATIONAL MEETING ON LITHIUM BATTERIES Die 18. Auflage dieser Fachveranstaltung bietet einen Überlick über neueste Erkenntnisse in der Batterieforschung. Ort: Chicago AIT-Kontakt: Atanaska Trifonova Infos: www.imlb.org // 20.-24.6.2016 // INTERSOLAR EUROPE Intersolar Europe ist die weltweit führende Fachmesse für die Solarwirtschaft und ihre Partner. Ort: München AIT-Kontakt: Michaela Jungbauer, Christoph Mayr Infos: http://www.intersolar.de/de/home.htm // 28.6.2016 // EUROPATAG DER JUGEND Die Veranstaltung „EUROPAdeineWAHL“ soll SchülerInnen aller Schultypen sowie ihre PädagogInnen dazu animieren, sich mit Europa und dem EU Parlament möglichst aktiv auseinanderzusetzen. Ort: WKÖ Wien Infos: http://www.europa-deine-wahl.at // 4.-8.7.2016 // AGIT Das AGIT-Symposium und die darin integrierte AGIT EXPO sind ein wichtiger Treffpunkt für Angewandte Geoinformatik sowie Bühne für Austausch von Trends und Themen. Ort: Salzburg AIT-Kontakt: Anita Graser Infos: www.agit.at //
AIT-Scientists Siegfried Wassertheurer und Bernhard Hametner.
11.-17.7.2016 // FARNBOROUGH INTERNATIONAL AIRSHOW Die alle zwei Jahre stattfindende Fachmesse auf dem Farnborough Airfield zeigt neueste Entwicklungen in der zivilen und militärischen Luftfahrtindustrie. Ort: Farnborough, England Infos: http://www.farnborough.com/trade/ // 23.-26.8.2016 // ERSA KONGRESS Der jährliche Kongress der European Regional Science Association (ERSA) findet heuer in Wien statt und widmet sich dem Thema „Cities & Regions: Smart, Sustainable, Inclusive?“. Ort: WU Wien AIT-Kontakt: Thomas Scherngell, Michaela Jungbauer Infos: : http://vienna.ersa.org // 26.8.2016 // CIGRE WORKSHOP Hochkarätiges Branchentreffen von Experten aus der Energiewirtschaft, diesmal mit dem Schwerpunkt Smart Grids und Super Grids. Ort: Paris AIT-Kontakt: Michaela Jungbauer, Georg Brauner Infos: www.cigre.org // 29.-31.8.2016 // PQS WORKSHOP Der fünfte Workshop zu Perceptual Quality of Systems (PQS) versammelt WissenschaftlerInnen zum Ideenaustausch zu den Themen Quality of Experience (QoE) und User Experience (UX). Ort: Berlin AIT-Kontakt: Sebastian Egger Infos: http://pqs.qu.tu-berlin.de //
AIT Top Journal Papers
DYNAMISCHE TRANSPORTSYSTEME
AL-ZN-MG-LEGIERUNGEN IN TRANSPARENTE HALBWARMUMFORMUNG ELEKTRODEN
Moderne Technologien ermöglichen die Datenerfassung von Personen- und Güterbewegungsströmen. Mit zunehmender Datenmenge steigt dabei auch das Potenzial von Mobilitätsdatenanalysen von Personen und Gütern. Geografische Informationssysteme (GIS) spielen daher eine immer wichtigere Rolle. AIT-Scientist Anita Graser beschäftigt sich seit langem mit der Analyse und Visualisierung von Bewegungsdaten und ihren zeitlichen und räumlichen Mustern. Ihre Arbeiten umfassen u. a. die Verbesserung von Reisezeitprognosen durch Nutzung räumlicher Information [1], die Prognose des Energieverbrauchs von Elektrofahrzeugen auf unterschiedlichen Strecken abhängig vom Höhenprofil [2] und die automatisierte Erkennung von populären Routen für verbessertes Fahrradrouting [3].
doi:10.1109/MTITS.2015.7223240
Al-Zn-Mg-Legierungen haben eine höhere Festigkeit als konventionelle, von der Automobilindustrie eingesetzte Aluminiumlegierungen, dennoch gab es bisher nur wenige Untersuchungen zu ihrem Umformverhalten und ihre Reaktion auf den Lackierprozess (KTL). In dieser Abhandlung wird die Festigkeit und Umformbarkeit von aushärtbaren AW-7921-Blechen über eine große Bandbreite von Wärmebehandlungen untersucht. Zahlreiche Auslagerungszeit- und Temperaturkombinationen wurden betrachtet und durch Zugversuche bei Raumtemperatur bis 230°C sowie Kreuznapftiefziehversuche bei 230°C quantifiziert. Zur mikrostrukturellen Untersuchung der unterschiedlichen Blechzustände, vor und nach den Wärmebehandlungen, erfolgten Differential-Scanning-Calorimetry (DSC)Tests. Eine leichte Überalterung (10 min bei 100°C) des Bleches hatte zur Folge, dass nur GP-Zonen festgestellt wurden, während bei Auslagerungsbedingungen von 120°C für 50 min sowohl GP-Zonen wie auch η’-Ausscheidungen nachweisbar waren. Dynamische Erholung und die partielle Auflösung von Ausscheidungen zeigten einen signifikanten Einfluss auf die Umformbarkeit bei höheren Temperaturen. Von den untersuchten Wärmebehandlungszuständen ist der Zustand T4 die beste Kombination aus Warmumformbarkeit und Endfestigkeit nach der KTL-Behandlung.
[3] Straub, M., & Graser, A. (2015). Lear-
M. Kumar, N.G. Ross (2016) “Influence
ning from Experts: Inferring Road Popu-
of temper on the performance of a high-
larity from GPS Trajectories. GI_Forum
strength Al-Zn-Mg alloy sheet in the warm
‒ Journal for Geographic Information
forming processing chain”, Journal of Ma-
Science, 1-2015, 41-50, doi:10.1553/giscien-
terials Processing Technology, Vol. 231 6),
ce2015s41.
189 -198
[1] Graser, A., Leodolter, M., Koller, H., & Brändle, N. (in print) Improving Vehicle Speed Estimates Using Street Network Centrality. International Journal of Cartography, Eurocarto 2015 Special Issue, doi:1 0.1080/23729333.2016.1189298. [2] Graser, A., Asamer, J., & Ponweiser, W. (2015). The elevation factor: Digital elevation model quality and sampling impacts on electric vehicle energy estimation errors. In Models and Technologies for Intelligent Transportation Systems (MT-ITS), 2015 International Conference on(pp. 81-86). IEEE.
Transparente Elektroden sind ein wesentlicher Bestandteil von Dünnschicht-Solarzellen, optischen Schichten und modernen optoelektronischen Bauelementen. Sie zeichnen sich durch hohe Transparenz und elektrische Leitfähigkeit aus. Konventionelle transparente Elektroden werden aus hochdotierten Oxiden wie ITO (Indium-Zinnoxid) hergestellt, die aber aufgrund ihrer Sprödigkeit für flexible Anwendungen nicht geeignet sind. In dieser Arbeit wurden transparente Elektroden auf Basis ultradünner Metalle (wenige Nanometer dick) auf flexible Substrate abgeschieden, um eine ausgezeichnete mechanische Stabilität und hohe optische und elektrische Leistung zu erzielen. Die Anwendbarkeit dieser flexiblen transparenten Elektroden wurde am Beispiel organischer Leuchtdioden demonstriert. Properties of transparent and conductive Al:ZnO/Au/Al:ZnO multilayers on flexible PET substrates T. Dimopoulos (a), M. Bauch (a), R.A. Wibowo (a) , N. Bansal (a) , R. Hamid (b) , M. Auer (c), M. Jäger (c), E.J.W. List-Kratochvil (c) a: AIT-Austrian Institute of Technology, Energy Department, Photovoltaic Systems b: AIT-Austrian Institute of Technology, Mobility Department, Electric Drive Technologies c: NanoTecCenter Weiz Forschungsgesellschaft mbH, Weiz Publication info: Materials Science and Engineering B 200 (2015) 84-92
Impressum: Redaktionsleitung: Michael H. Hlava, Produktionsleitung: Daniel Pepl, Redaktion: Michaela Jungbauer, Michael Mürling, Fabian Purtscher, Katharina Sabetzer, Juliane Thoß. Feedback bitte an: presse@ait.ac.at