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Anode aus Nickelniobat revolutioniert Akkus PDF Drucken E-Mail
Geschrieben von: Administrator   
Mittwoch, den 17. November 2021 um 10:55 Uhr

Anode aus Nickelniobat revolutioniert Akkus

Forscher ersetzen Graphit und erhöhen die Geschwindigkeit des Aufladevorgangs um Faktor zehn

Neue Nickelniobat-Anode mit regelmäßiger Kristallstruktur (Foto: utwente.nl)

Neue Nickelniobat-Anode mit regelmäßiger Kristallstruktur (Foto: utwente.nl)

Twente/J√ľlich/Wuhan (pte/17.11.2021/06:05) Forscher der Universit√§t Twente http://utwente.nl haben bei einer Lithium-Ionen-Batterie die Graphit-Anode mit einer aus Nickelniobat ersetzt und erh√∂hen damit die Geschwindigkeit des Aufladevorgangs um den Faktor zehn. Es handelt sich um eine Legierung aus Nickel und dem sogenannten √úbergangsmetall Niob.

Langlebig trotz hoher Ladeströme

Das Team unter Beteiligung von Experten des Forschungszentrums J√ľlich http://fz-juelich.de und der Wuhan University of Technology http://english.whut.edu.cn erh√∂hen dank Nickelniobat auch die Lebensdauer der Batterien. Laut Forschungsleiter Mark Huijben verbessert sich auch die Leistung des Stromspeichers - optimal f√ľr E-Fahrzeuge oder zur Speicherung √ľbersch√ľssiger Wind- oder Solarenergie.

Das neue Material verändert sich selbst nach vielen ultraschnellen Ladezyklen nicht, sodass die Kapazität der Batterie erhalten bleibt, heißt es. Dies hat vor allem mit seiner regelmäßigen Kristallstruktur zu tun. Graphit dagegen leidet unter schnellem Laden. Seine Struktur verändert sich und letztlich wird die Anode so schwer geschädigt, dass die Batterie nicht mehr einsatzfähig ist. Zudem kann es passieren, dass sich Lithium auf den Graphit-Anoden ablagert, was ebenfalls die Funktion beeinträchtigt. All dies hat die Anode aus Twente nicht.

Neue Anode auch gut mit Natrium

Nickelniobat-Folien, wie f√ľr Anoden n√∂tig, lassen sich problemlos in der geforderten G√ľte herstellen. Reinraumatmosph√§re sei unn√∂tig. Die Forscher haben Batterien mit der neuen Anode und unterschiedlichen Kathodenmaterialien getestet, wie sie √ľblicherweise verwendet werden. In allen F√§llen war die Neuentwicklung den bisherigen Akkus √ľberlegen.

Die Forscher kommen zu dem Schluss, dass der neue Stromspeicher ideal w√§re, um ihn in ein Energienetz, in elektrisch angetriebene Maschinen, die ein schnelles Laden und Entladen erfordern und in E-Fahrzeuge zu integrieren. Nickelniobat-Anoden k√∂nnten auch in k√ľnftigen Batterien eingesetzt werden, in denen das teure Lithium durch billiges Natrium ersetzt wird.

(Ende)
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Mondfähre baut sich ihren Landeplatz selbst PDF Drucken E-Mail
Geschrieben von: Administrator   
Dienstag, den 12. Oktober 2021 um 16:13 Uhr

Mondfähre baut sich ihren Landeplatz selbst

Verfl√ľssigte Keramik soll Staub verfestigen und das Aufwirbeln von Partikeln effizient verhindern

Mondfähre in der Landeplatz-Bauphase (Illustration: masten.aero)

Mondfähre in der Landeplatz-Bauphase (Illustration: masten.aero)

Mojave (pte/27.09.2021/12:30) Mondlandefähren sollen sich, ehe sie aufsetzen, einen Landeplatz bauen. Bisher besteht die Gefahr, dass die Triebwerke, die eine sanfte Landung sicherstellen sollen, durch aufwirbelnden Mondstaub beeinträchtigt werden und im Extremfall einen Absturz verursachen. Die Technik dahinter entwickelt Masten Space Systems http://masten.aero , ein Start-up, das sich auf die Entwicklung von Forschungsraketen spezialisiert hat.

Beim Projekt In-Flight Alumina Spray Technique, das in Zusammenarbeit mit Honeybee Robotics http://honeybeerobotics.com , der Texas A&M University http://tamu.edu und der University of Central Florida http://ucf.edu entstand, ist vorgesehen, in den Abgasstrahl der Landetriebwerke keramische Partikel (Aluminiumoxid) zu spr√ľhen, die sich in der Hitze verfl√ľssigen und auf die Mondoberfl√§che prallen. Hier verfestigen sie sich und binden dabei den Mondstaub, sodass eine feste Landefl√§che entsteht. Darauf kann die F√§hre niedergehen, ohne Partikel aufzuwirbeln. Auch beim sp√§teren Start wird so die Sicherheit verbessert.

Schmelzende Keramikpartikel

Die US-Raumfahrtagentur NASA will im Rahmen des Artemis-Programms erstmals seit 1972 wieder Menschen auf den Mond bef√∂rdern. Wann genau ist offen, der urspr√ľngliche Termin 2024 ist nicht mehr haltbar. Die Entscheidung, welche F√§hre eingesetzt wird, um auf dem Mond zu landen, ist bereits gefallen. Vorgesehen ist daf√ľr eine spezielle Version des SpaceX.

Nach den Masten-Vorstellungen sollen Keramikpartikel in die Abgasfahne gespr√ľht werden, die einen Durchmesser von 0,5 Millimetern haben. Sie verfestigen einen Landeplatz mit einem Durchmesser von Sechs Metern. Daf√ľr sind 19 Kilogramm Keramikpartikel vorgesehen. Sie bilden innerhalb von zehn Sekunden eine feste Schicht mit einer Dicke von nur einem Millimeter. Die F√§hre soll dann noch 2,5 Sekunden lang schweben, bis sich der frisch gebaute Landeplatz abgek√ľhlt hat.

(Ende)
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75% Rekordeffizienz f√ľr reversible Brennstoffzelle PDF Drucken E-Mail
Geschrieben von: Administrator   
Sonntag, den 10. Oktober 2021 um 18:06 Uhr

75% Rekordeffizienz f√ľr reversible Brennstoffzelle

Ein Gerät kann Energie mittels Wasserstoff speichern und wieder freisetzen

Satellit: Daf√ľr sind reversible Brennstoffzellen interessant (Foto: NASA, unsplash.com)

Satellit: Daf√ľr sind reversible Brennstoffzellen interessant (Foto: NASA, unsplash.com)

St. Louis (pte/08.10.2021/06:15) Mit einem neuartigen Katalysator wird die reversible Brennstoffzelle noch effektiver als bisher. Forschern an der Washington University in St. Louis https://wustl.edu ersetzten dazu das oft genutzte Platin durch ein Komposit aus Platin und einer Bleiruthenat-Verbindung. Damit ließen sich die beiden Funktionen deutlich beschleunigen, sagen Kritika Sharma, Doktorandin der Ingenieurwissenschaften, und ihre Kollegen, die den neuen Katalysator entwickelt haben.

Effektive Umkehrbarkeit

Wie ihr Name schon andeutet, k√∂nnen reversible Brennstoffzellen ihre Funktionalit√§t umkehren. Im Brennstoffzellen-Modus produzieren sie aus Wasserstoff und Sauerstoff elektrische Energie, W√§rme und Wasser. Wenn man aber quasi einen Schalter umlegt und das Ger√§t mit √ľbersch√ľssigem Strom aus einer anderen Quelle versorgt, arbeitet es als Elektrolyseur. Das hei√üt, es spaltet Wasser in Wasser- und Sauerstoff auf, um so Energie zu speichern. Wie gut diese funktionelle Umkehrbarkeit ist, h√§ngt dabei eben davon ab, ob der Katalysator an der Sauerstoff-Elektrode auch wirklich beide Aufgaben effektiv erf√ľllen kann.

Als Ma√ü eben daf√ľr nutzen die Forscher einen ‚ÄěBifunktionalit√§tsindex". ‚ÄěWir wollen, dass dieser niedrig ist. Im Idealfall null", erkl√§rt Sharma. In der Praxis ist das zwar nicht zu schaffen. Doch der neue Katalysator, der neben Platin und Blei unter anderem auch Ruthenium und Sauerstoff enth√§lt, dr√ľckt den Index immerhin auf 0,56 Volt. Das sei dem Team zufolge sehr niedrig im Vergleich zu den bekannten Werten anderen Katalysatoren. F√ľr einen Zyklus aus Hin- und R√ľckwandlung erreicht die reversible Brennstoffzelle des Teams somit eine Energieeffizienz von 75 Prozent, den Forschern zufolge ein Rekordwert.

Weltraum-Technologie

An derartigen reversiblen Brennstoffzellen wird beispielsweise auch im Forschungszentrum J√ľlich https://www.fz-juelich.de, bei Sunfire https://www.sunfire.de und im s√ľdkoreanischen Forschungszentrum KIST https://kist_school.kist.re.kr gearbeitet. Denn sie sind beispielsweise f√ľr die Raumfahrt interessant, wo es Platz und Gewicht spart, wenn ein Ger√§t zwei Aufgaben erf√ľllt. Dort dient Strom aus Solarzellen dazu, Wasser aufzuspalten. Der Sauer- und Wasserstoff werden dabei eingefangen, um damit Strom zu erzeugen, wenn die Solarmodule zu wenig liefern. Doch auch f√ľr Drohnen oder U-Booten k√∂nnen reversible Brennstoffzellen gute Dienste leisten.

 

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Impfen: Milchshake ersetzt bald die Spritze PDF Drucken E-Mail
Geschrieben von: Administrator   
Mittwoch, den 25. August 2021 um 19:30 Uhr


Impfen: Milchshake ersetzt bald die Spritze

Virginia Polytechnic Institute and State University revolutionieren medikamentöse Therapie

Shake: Medikamententransporter aus Kuhmilch (Foto: Shutterbug75, pixabay.com)

Shake: Medikamententransporter aus Kuhmilch (Foto: Shutterbug75, pixabay.com)

Blacksburg (pte/25.08.2021/06:10) Medikamente lassen sich in Exosomen zum Bestimmungsort bringen, sagen Forscher des Virginia Polytechnic Institute and State University http://vt.edu . Da Exosome in gro√üen Mengen in Kuhmilch vorhanden sind, lie√üen sie sich extrahieren und medizinisch einsetzen. "Stellen Sie sich vor, Sie bekommen einen Milchshake, der in Exosome verpackten Impfstoff enth√§lt statt einer Spritze. Ein anderer k√∂nnte Exosome enthalten, die mit einem therapeutischen Peptid beladen sind, das das Herz vor einem Myokardinfarkt sch√ľtzt", sagt Forschungsleiter Rob Gourdie.

Exosome als Schl√ľssel

"Doch Exosome sind schwer aus anderen Milchproteinen und Lipiden zu isolieren", so Gourdie. Sein Team hat es dennoch geschafft. In einem mehrstufigen Extraktions- und Reinigungsprozess gelang es Gourdies Gruppe, aus nicht pasteurisierter Kuhmilch hochreine Exosomen herzustellen. Der Prozess ist skalierbar, sodass sich auch große Mengen industriell herstellen lassen. Aus einer Gallone Milch (knapp vier Liter) gewinnen die Forscher eine Tasse voll Exosome.

Exesome sind biologische Kapseln, die einen Durchmesser von ein paar Dutzend Nanometern haben. Sie werden von vielen K√∂rperzellen des Menschen und von S√§ugetieren produziert, um Molek√ľle zwischen der Zelle und ihrer Umgebung zu transportieren. Das geschieht, um mit anderen Zellen und Geweben zu kommunizieren. Durch Exosomen k√∂nnen Zellen physiologische Prozesse wie Gerinnung, interzellul√§re Signal√ľbertragung und Abfallmanagement steuern.

Blut-Hirn-Schranke √ľberwunden

Exosome k√∂nnen laut Gourdie sogar die Blut-Hirn-Schranke durchdringen, eine Membran, die das Gehirn vor Krankheitserregern und sch√§dlichen Chemikalien sch√ľtzt. Damit ergibt sich eine neue M√∂glichkeit zur Behandlung neurologischer Erkrankungen und Hirntumoren. Die Kapseln seien robust genug, um enzymatischem Abbau sowie Schwankungen des pH-Werts und der Temperatur in Darm und Blutkreislauf standzuhalten, was sie zu einem erstklassigen Kandidaten f√ľr die Medikamentenabgabe mache.

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Lithium-Metall-Batterie setzt neue Maßstäbe PDF Drucken E-Mail
Geschrieben von: Administrator   
Donnerstag, den 12. August 2021 um 09:52 Uhr

Lithium-Metall-Batterie setzt neue Maßstäbe

Innovation von KIT- und HIU-Forschern hat Energiedichte von 560 Wattstunden pro Kilogramm

Am PC: KIT-Forscher √ľberpr√ľfen Ergebnisse (Foto: Amadeus Bramsiepe, kit.edu)

Am PC: KIT-Forscher √ľberpr√ľfen Ergebnisse (Foto: Amadeus Bramsiepe, kit.edu)

Karlsruhe/Ulm (pte/12.08.2021/11:30) 560 Wattstunden pro Kilogramm bei bemerkenswert guter Stabilit√§t. Das bietet eine neuartige Lithium-Metall-Batterie von Forschern des Karlsruher Instituts f√ľr Technologie (KIT) http://kit.edu . Den Wissenschaftlern nach kommt dabei eine vielversprechende Kombination aus Kathode und Elektrolyt zum Einsatz: Die nickelreiche Schichtkathode (NCM88) erlaubt, viel Energie pro Masse zu speichern, der ionische Fl√ľssigelektrolyt mit zwei Anionen sorgt daf√ľr, dass die Kapazit√§t √ľber viele Ladezyklen weitestgehend erhalten bleibt.

Ziel kohlenstoffneutrale Mobilität

Den Experten nach weist die Lithium-Metall-Batterie anf√§nglich eine Speicherkapazit√§t von 214 Milliamperestunden pro Gramm auf; √ľber 1.000 Ladezyklen bleibt die Kapazit√§t zu 88 Prozent erhalten. Die sogenannte Coulomb-Effizienz, die das Verh√§ltnis zwischen entnommener und zugef√ľhrter Kapazit√§t angibt, betr√§gt durchschnittlich 99,94 Prozent. Da sich die vorgestellte Batterie auch durch eine hohe Sicherheit auszeichnet, ist den Karlsruher Forschern eigenen Angaben nach ein wichtiger Schritt auf dem Weg zur kohlenstoffneutralen Mobilit√§t gelungen.

Mit dem √ľblicherweise verwendeten und kommerziell erh√§ltlichen organischen Elektrolyten (LP30) lie√ü die Stabilit√§t bisher stark zu w√ľnschen √ľbrig. Die Speicherkapazit√§t sinkt mit steigender Zahl der Ladezyklen. Warum das so ist, erkl√§rt Stefano Passerini, Direktor des an der Entwicklung beteiligten Helmholtz-Instituts Ulm (HIU): "Im Elektrolyten LP30 entstehen Partikelrisse an der Kathode. Innerhalb dieser Risse reagiert der Elektrolyt und zerst√∂rt die Struktur. Zudem bildet sich eine dicke moosartige lithiumhaltige Schicht auf der Kathode."

(Ende)
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Mini-Roboter verbabreichen Medikamente PDF Drucken E-Mail
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Dienstag, den 10. August 2021 um 16:51 Uhr


Mini-Roboter verbabreichen Medikamente

Weiche "MANiACs" der Weinberg Medical Physics werden durch magnetisches Feld kontrolliert

Nervensystem: gro√üe Aufgabe f√ľr Roboter (Foto: pixabay.com, Gerd Altmann)

Nervensystem: gro√üe Aufgabe f√ľr Roboter (Foto: pixabay.com, Gerd Altmann)

Rockville (pte/10.08.2021/12:30) Winzige Roboter, sogenannte "Magnetically Aligned Nanorods in Alginate Capsules" (MANiACs) k√∂nnten eines Tages Teil eines fortgeschrittenen Arsenals von Drug-Delivery-Technologien sein. Davon geht das US-Medizintechnik-Unternehmen Weinberg Medical Physics http://weinbergmedicalphysics.com aus. F√ľr eine aktuelle Studie in "Frontiers in Robotics and AI" wurde erstmals untersucht, wie derartig winzige Roboter als Medikamententr√§ger in neuronalem Gewebe einsetzbar sein k√∂nnten.

Reale Testbedingungen

Es hat sich gezeigt, dass die winzigen durch ein magnetisches Feld kontrollierten weichen Roboter, sich entgegen dem Fluss der Fl√ľssigkeit bewegen, Steigungen √ľberwinden und sich √ľber neuronales Gewebe wie das R√ľckenmark bewegen und Substanzen dabei ganz pr√§zise an bestimmten Stellen positionieren. Die MANiACs-Roboter sollten unter den Bedingungen getestet werden, die sie auch im K√∂rper vorfinden w√ľrden. Dazu geh√∂rt die wellenf√∂rmige und gewundene Architektur des Nervensystems, aber auch die flie√üende zerebral-spinale Fl√ľssigkeit und Steilh√§nge.

Die Soft Robots wurden hinsichtlich ihrer F√§higkeit, H√§nge mit zunehmender Steilheit zu √ľberwinden, gestestet. Und auch bei Bewegungen gegen die flie√üende Fl√ľssigkeit kamen sie zum Einsatz. Zus√§tzlich wurde an den Gehirnen von Ratten und dem R√ľckenmark von M√§usen √ľberpr√ľft, wie sich die Roboter entlang des Gewebes bewegen und Farbe an der Oberfl√§che positionieren k√∂nnen. Die Farbe diente dabei als Ersatz f√ľr Medikamente.

Erste Tests erfolgreich

Unter der Stimulation durch Magneten √ľberwanden die MANiACs Gef√§lle von bis zu 45 Grad. Sie bewegten auch stromaufw√§rts gegen einen Fl√ľssigkeitsstrom, der jenem √§hnlich war, dem sie auch im Nervensystem vorfinden w√ľrden. Es gelang die mit Farbe versehenen MANiACs auf der Oberfl√§che von neuronalem Gewebe von Nagetieren mit sehr gro√üer Genauigkeit zu bewegen und die Farbe an bestimmten Stellen anzubringen.

Es gelang sogar an mehreren Stellen eine weitere Dosis Farbe anzubringen. Genau diese Fähigkeit ist laut David Cappelleri von der Purdue University http://purdue.edu , einem anderen an dem Projekt beteiligten Forscher, von entscheidender Bedeutung. Damit lasse sich eine bei der ersten Behandlung nicht ausreichende Dosis erneut verabreichen.

Erkrankungen des Zentralnervensystems sind nur schwer behandelbar. Laut Lamar Mair von Weinberg Medical Physics k√∂nnen durch die orale oder intraven√∂se Verabreichung von Medikamenten zum Beispiel zur Behandlung von Krebs oder neurologischen Krankheiten Bereiche des K√∂rpers und des Nervensystems betroffen sein, die mit der Krankheit nicht in Zusammenhang stehen. "Eine gezielte Arzneimittelabgabe kann zur verbesserten Wirksamkeit und geringeren Nebenwirkungen f√ľhren."

(Ende)
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