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Neues aus unserer


Forschung!


© Dagmar Heene / WWF
Alles dreht sich ums Rad - beim 2. Block in Münster: Mobilität 2016


von Buchenblatt
31.07.2016
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Münster ist eine Fahrradstadt. Überall gibt es Radwege und Fahrradständer und ein Großteil der Bevölkerung bewegt sich auf Fahrrädern durch die Stadt. Doch in diesem Jahr konnten die beiden Gruppen Energie und Mobilität nicht nur dieses spezielle radlerfreundliche Klima miterleben. Die Mobilitätsgruppe beschäftigte sich sogar bei ihrer Forschung im weiteren Sinn mit Fahrrädern. Schließlich lautet ihre Forschungsfrage: „Inwiefern eignen sich Superkondensatoren auf Basis ökologischer Rohstoffe hinsichtlich der Ladeeffizienz für die Nutzung in E-Bikes?“ Genaueres zu der Forschungsfrage und den Grundlagen von Superkondensatoren könnt ihr in Lisas und Toms Artikel aus dem ersten Block nachlesen.  Dort stand die Gruppe genauso wie die anderen Gruppen noch ganz am Beginn ihrer Forschungszeit. Ideen wurden gesammelt, verworfen und abgeändert bis jede Gruppe ihre Forschungsfrage gefunden hatte. Artikel über Erfahrungen in dieser Zeit und auch die der anderen Gruppen während der Forschungszeit im Sommer findet ihr hier.


Nachdem sich die Gruppe in der Zwischenzeit über die verschiedenen Themen informiert hatte, konnten wir in Münster direkt intensiv mit der Forschung beginnen. Schließlich blieben uns effektiv nur zweieinhalb Tage im Labor. Die Erfahrungen möchten wir hier mit euch teilen, bevor die Ergebnisse im Herbst vorgestellt werden. Ich war in diesem Jahr Juniormentorin und durfte meine Gruppe, die aus Lisa, Tom, Lilian, Tony, Sebastian und natürlich Maxie – unserer Teamerin - und Martin – unserem Mentor - besteht, in Münster begleiten.

 
So wartete ich letzten Dienstag, den 26.07.16, mindestens genauso gespannt wie die anderen Teilnehmer am Bahnhof bis die komplette Energie- und Mobilitätsgruppe eingetroffen war.

Die Erfahrungen der Energiegruppe wird euch Simon noch in den nächsten Tagen in einem Bericht zeigen. Zusammen bezogen wir zuerst die Zimmer in der Jugendherberge und machten uns dann auf den Weg zur Uni, um eine Einführung in die Sicherheitsvorschriften, in die Uni und das Batterieforschungszentrum MEET zu bekommen.

Unsere Gruppe würde in der physikalischen Chemie und dem MEET arbeiten. Dort waren wir von den Laboren und den Synthese- und Analysemöglichkeiten sehr beeindruckt, weshalb wir kaum erwarten konnten, am nächsten Tag endlich mit unserer Forschung zu starten.

 
Am Abend liehen wir jedoch zunächst Fahrräder aus, auf denen wir wie echte Münsteraner - allerdings mit Helm – in den nächsten drei Tagen alle Wege in Münster zurücklegen würden.

Anschließend lernten wir Münster über eine Umweltradtour kennen. Zusammen fuhren wir zu verschiedenen Stationen, an denen uns die geschichtlichen Hintergründe erklärt wurden. Eine Besonderheit in Münster ist die „Radautobahn“, die zweispurig und von Linden gesäumt einmal um die gesamte Innenstadt herumführt und Radfahrern erlaubt, sehr schnell von einem Ort zum anderen zu kommen. Doch auch an Schauergeschichten mangelte es unserem Stadtführer nicht, sodass die Radtour sehr kurzweilig war.


Am nächsten Tag konnten wir endlich mit unserer Forschung loslegen:

Für unsere Superkondensatoren brauchen wir im Unterschied zu konventionellen Superkondensatoren ökologische Abfallstoffe als Elektrodenmaterial. Dazu verwendeten wir Apfel- und Kartoffelschalen, Tee- und Kaffeesatz. Die Apfelschalen wurden getrocknet, im Mörser zermahlen, auf 600 Grad erhitzt und durch Wasserdampf aktiviert, sodass wir ein Material hatten, was in den Eigenschaften der konventionell verwendeten Aktivkohle sehr ähnlich ist. Das gleiche Verfahren wurde für die anderen materialien angewendet. Wir hatten also fünf verschiedene Arten von schwarzem Pulver: Vier Sorten unserer ökologischer Materialien und eine industriell verwendete Form von Aktivkohle.


Um aus diesem Pulver Elektroden herstellen zu können, wurde dieses nun in einem bestimmten Verhältnis mit Leitruß und Teflon vermischt. Der Leitruß sollte dabei für eine bessere Leitfähigkeit und das Teflon im Prinzip als Klebstoff zwischen den Partikeln wirken. Zusammen mit Ethanol wurde diese Masse zunächst gut verrührt und erhitzt, damit das Ethanol nach und nach wieder verdampfen konnte. Übrig blieb ein schwarzer Klumpen, der nun ähnlich wie Pizzateig bearbeitet werden musste. Zunächst wurde also mit einem Spatel der „Teig“ etwas geknetet und anschließend mit einer kleinen Rolle mehrmals ausgerollt und wieder zusammengefaltet. So erhielten wir für jedes Material eine Art schwarze Folie. Lediglich bei der Kartoffel- und der Apfelschale gab es kleinere Probleme, weil die Masse relativ porös war und sich somit nur schlecht ausrollen ließ. Woran das liegt und was das für Auswirkungen auf die Leistungsfähigkeit des Kondensators hat, werden wir bei der Vorstellung der Ergebnisse im Herbst erfahren.

Da diese „Folien“ nun trocknen mussten, konnten wir uns mit der Analyse des Ausgangsstoffes befassen. Die Reste des erhitzten Pulvers wurden unter dem Rasterelektronenmikroskop untersucht. Außerdem konnte eine Analyse gestartet werden, bei der die Oberflächenbeschaffenheit ermittelt wird. Geplant ist zudem eine Elementaranalyse, bei der unter anderem der Kohlenstoffgehalt der verschiedenen Materialien untersucht wird.

 
Mit diesen Schritten verbrachten wir die ersten beiden Forschungstage. Der Zeitplan dafür war zwar knapp, weil wir am zweiten Vormittag das Wasserstoffzentrum in Herten (Artikel folgt) besichtigten und uns deshalb an diesem Tag nur der Nachmittag zur Verfügung stand, trotzdem fand Martin immer wieder Zeit, uns auch noch andere Labore zu zeigen und uns unsere Methoden zu erklären.


Am nächsten Morgen und damit zu Anbruch des letzten Forschungstages, konnten wir mit dem Zellbau beginnen.  Unsere Superkondensatoren würden wir in Form von Pouch Bags herstellen, also sehr dünnen Zellen, die in Aluminiumverbundfolie eingeschweißt sind. Dazu gingen wir mit dem Material in den Trockenraum. Dort befinden sich die Materialien und Maschinen, die für den Zellbau benötigt werden, weil oft die Reaktion mit Wasser möglichst ausgeschlossen werden soll. Wir nahmen also das Elektrodenmaterial, das wir in den letzten beiden Tagen hergestellt hatten, und gingen durch eine Schleuse in den Trockenraum. Dieser ähnelt im Prinzip anderen Laboren, allerdings wird hier ohne Wasser gearbeitet und die Luft ist relativ kalt und sehr trocken. Ein weiterer Effekt ist, dass wir nach Verlassen des Trockenraums immer das Gefühl hatten, als würden wir ein Tropenhaus betreten, da die Luftfeuchtigkeit und die Temperatur im direkten Vergleich sehr hoch ist.

Unser Elektrodenmaterial musste nun erst auf ein Nickelgitter gelegt und ähnlich wie Plätzchen einfach ausgestanzt werden. Nachdem wir unser Material für die spätere Auswertung noch einmal sehr exakt gewogen hatten, konnten wir es in das Nickelgitter hineinpressen und ein weiteres Metallstück anschweißen, um nachher einen Kontakt zu den Polen herstellen zu können. Neben den Elektroden besteht ein Superkondensator aus einem Separator und einem Elektrolyten. Alles zusammen wird in Aluminiumverbundfolie zusammengeschweißt. Damit kaum Luft im Kondensator eingeschlossen wird, konnten wir im letzten Schritt noch ein Vakuum ziehen und den Kondensator mit einer letzten Schweißnaht versehen.

Unser erster eigener Superkondensator ©Martin


Nach dem Mittagessen mussten unsere Kondensatoren dann den ersten Test bestehen: das Auf- und Entladen. An dem Verhalten des Stromflusses abhängig von der Spannung konnten wir erkennen, wie nah unsere Materialien an das konventionelle Material heranreichen. Außerdem schlossen wir unsere Superkondensatoren an ein kleines Modellauto an und ermittelten die maximale Reichweite und die Startgeschwindigkeit. Dabei erhielten wir erstaunliche Werte, die auf vielversprechende Ergebnisse hoffen lassen.

Die Ergebnisse und die einer weiteren Messung zur Stabilität der Kondensatoren bei häufigem Auf- und Entladen, sowie die Analysen des Ausgangsmaterials werden nun in den nächsten Tagen von Lisa, Tom, Lilian, Tony und Sebastian ausgewertet und in einem Radiospot erklärt. Wir dürfen also gespannt sein.

 


Mir hat die Forschungszeit sehr viel Spaß gemacht: Nicht nur das Thema war sehr spannend und handfest, zusätzlich hatte ich mit meiner Gruppe ein motiviertes Forschungsteam, mit dem täglich acht Stunden im Labor sehr kurzweilig wirkten.

Hiermit möchte ich mich auch bei Maxie bedanken, die uns als Teamerin immer gut gelaunt zur Seite stand und natürlich ganz besonders bei Martin, der sich im Vorfeld, während unserer Forschungszeit und auch an den Abenden danach immer sehr für uns und unsere Forschung engagiert hat.

 
Auch den Teilnehmern hat der zweite Block bis hierhin gut gefallen. Euch wünsche ich noch ganz viel Spaß in den nächsten Tagen in Berlin.


„Ich bin echt überrascht, dass wir so viel hinbekommen haben in der kurzen Zeit. Es war auf jeden Fall sehr spannend, sodass wir gerne auch mal überzogen haben. Man hat schließlich nicht oft die Möglichkeit, mit so einem netten Team im Labor zu forschen.“ Lilian

 


„In den letzten Tagen haben wir viel Spannendes, Interessantes und Neues gelernt. Die Zeit im Labor hätte nicht schöner sein können und ich kann jedem empfehlen, sich ebenfalls für den 2°Campus zu bewerben.“ Lisa

 


Wer selbst gerne mehr über den Klimawandel erfahren würde und lernen will, wie es möglich sein könnte, die schädlichen Emissionen um 95% zu senken, um den Klimawandel auf maximal 2°C zu begrenzen und selbst Spaß an der Forschung hat, kann sich ab dem 13. September 2016 wieder hier bewerben. Auch ich kann euch das nur empfehlen. Einen ganz persönlichen Eindruck von mir in meine Zeit beim 2°Campus bekommt ihr hier.

Fotos:

Titelbild, Bild 1,5,7,8: Maxie

Bild 2,3,4,9: Arnold Morascher/WWF

Bild 6: Martin Kolek

 

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Kommentare (1)
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01.08.2016
Cookie hat geschrieben:
Danke für diesen superspannenden Bericht! Ich bin total beeindruckt davon, was ihr in so kurzer Zeit geleistet habt, meinen Respekt! Jetzt ware ich ganz gespannt auf eure Ergebnisse! :)
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