Forschungsbereich A

Energie-Autonomie

Der aktive Wechsel zwischen physikalischen Zuständen erfordert Energie. Dies gilt auch für die adaptiven Prozesse, zu denen die in livMatS entwickelten Materialsysteme fähig sein sollen. Um gänzlich autonom zu sein, müssen die Materialsysteme die Energie für Anpassungs- oder Selbstheilungsprozesse aus ihrer Umgebung gewinnen und für eine spätere Nutzung umwandeln und speichern. Die Forschungsarbeit in livMatS konzentriert sich dabei auf drei Quellen für saubere Energie: Sonnenenergie, thermische Energie und mechanische Energie.

Die gewonnene Energie soll entweder direkt Funktionen des Materialsystems versorgen, oder in elektrische Energie umgewandelt, und so gespeichert und genutzt werden. Auch eine Umwandlung in mechanische oder chemische Energie und Speicherung als solche ist angedacht. Das erfordert die interne Kontrolle von Energieaufnahme, -speicherung und -verteilung. Ermöglichen soll das die Installation chemischer, struktureller und Mikrosystem-basierter Regelungsnetzwerke. All diese Funktionen sollen integraler Bestandteil der Materialsysteme sein. Eine derartige Kombination von Funktionsprinzipien ist bisher beispiellos, und somit auch für die Entwicklung von Fertigungstechnologien herausfordernd.

Koordinator*innen Forschungsbereich A
Prof. Dr. Anna Fischer, Prof. Dr. Peter Woias

Projekte in Forschungsbereich A

Langzeitprojekte 2022 und 2023

• O2 Sensor System for Living Materials
• Electrochemical and Photoelectrochemical Actuators (PhotoECact)
• Investigation of crystallinity, surface defects, surface functionalizations and nanostructure effects of triboelectric TiO2 electrodes (TriboNano)
• Solstore II - Development of photosupercapacitors and photobatteries with high power and energy densities and long-term stability
• TriboMech - Programmable Triboelectric Energy Harvesting through Mechanical Design
• Chemistry of triboelectric materials (TriboGen-Chem)
• Thermoelectric Energy Harvesting with Responsive Metamaterial Surfaces - ThermoMetaS
  Kooperationsprojekt der Forschungsbereiche A and B.
• (Photo)electrochemical production of H2O2 for H2O2-fueled adaptive processes i.e. H2O2-fueled chemistry and demonstratory (H2O2-Synthesis)
  Kooperationsprojekt der Forschungsbereiche A and B.
• Studying the properties of lipids and lipid surfaces for usage in triboelectric nano-generators and beyond
  Dieses Projekt ist Teil des Agnes-Pockels Doctoral Fellowship Program des Exzellenzclusters.
• Energy autonomy concepts - From photobatteries and photoactuators to on-board photoelectrochemical H2O2 production
  Dieses Projekt ist Teil des Agnes-Pockels Doctoral Fellowship Program des Exzellenzclusters.

Langzeitprojekte 2019 und 2020

• Inorganic and Organic SolStore
• ThermoBatS - Thermoelektrische Batteriesysteme
• Nutzung von Grenzflächen, Ladungstransfer- und nicht-adiabatischen Prozessen in einem auf unterschiedliche Frequenzen stimmbaren Tribogenerator
• NANOTRET: Nanomikrostrukturierte, permanent geladene Oberflächen für Elektret-Nanogeneratoren
  Kooperationsprojekt der Forschungsbereiche A und Demonstratoren
• Zusammenhang von Redox-Eigenschaften organischer Materialien und triboelektrischer Ladungstrennung – vom grundlegenden Verständnis bis hin zu neuen Materialien für eine effiziente triboelektrische Energiegewinnung
• Entwicklung, Charakterisierung und Integration von flexiblen Solarmodulen als Energieversorgungseinheiten in einem livMatS-Demonstrator
  Kooperationsprojekt der Forschungsbereiche A und Demonstratoren.
• Electret-based fluttering for wind energy harvesting with internal structure
  This project is a collaboration between research areas A and C. Dieses Projekt ist Teil des Hermann Staudinger Doctoral Fellowship Program des Exzellenzclusters.
• Development of an artificial Venus flytrap
  In Kollaboration mit den Forschungsbereichen B, C und Demonstratoren.

Booster-Projekte 2023 - abgeschlossen

• Modelling of carbon-nanotube based conductive suspensions for applications in flow supercapacitors
  Responsible Investigator: Prof. Dr. Tanja Schilling
• Theoretical and computational investigation of novel multifunctional materials for mode III photobatteries
  Principal Investigator: Prof. Dr. Christian Elsässer
• ORGAPHOTOBAT – Multijunction Organic Solar Cells for Photo-Charging of Different Battery Systems and Energy Sup-ply for Sustainable H2O2 Generation
  Responsible Investigator: Dr. Uli Würfel
  Principal Investigator: Prof. Dr. Anna Fischer
• NovoM3PhotoBatt
  Principal Investigator: Prof. Dr. Harald Hillebrecht und Prof. Dr. Anna Fischer
• A sustainable approach towards peptide synthesis in water
  Kooperationsprojekt der Forschungsbereiche A, B, D und Demonstratoren.
  Junior Research Group leader: Dr. Charalampos Pappas
  Principal Investigator: Prof. Dr. Jürgen Rühe
• ECPhotoACT - First steps towards photoelectrochemical actuators
  Kooperationsprojekt der Forschungsbereiche A, B, und Demonstratoren.
  Principal Investigator: Prof. Dr. Anna Fischer
• Zinc(Photo)Batt
  Kooperationsprojekt der Forschungsbereiche A und D.
  Principal Investigator: Prof. Dr. Anna Fischer
  Responsible Investigator: Dr. Daniel Biro
• TriboSense
  Principal Investigators: Prof. Dr. Peter Woias und Prof. Dr. Anna Fischer

Booster-Projekte 2021 - abgeschlossen

• Advanced Materials and Electrodes for the Development of Photocaps and Photobatteries
  Principal Investigator: Prof. Dr. Anna Fischer
• MAX and MXene phases from molten metals and molten salts as active electrode materials for photosupercapacitors, photobatteries and photoelectrochemical actuators
  Principal Investigators: Prof. Dr. Harald Hillebrecht und Prof. Dr. Anna Fischer
• Electrolyte and Cathode Active Material Adaption to the Needs of Photo(assisted) Charging of Photobatteries
  Principal Investigator: Prof. Dr. Ingo Krossing
• Non-equilibrium peptide chemical networks
  Junior Research Group leader: Dr. Charalampos Pappas
  Principal Investigator: Prof. Dr. Thorsten Hugel
• Highly flexible triboelectric strain sensors
  Kooperationsprojekt der Forschungsbereiche A und Demonstratoren.
  Principal Investigator: Prof. Dr. Peter Woias
• Nanostructured and surface functionalized titania surfaces for triboelectric generators
  Principal Investigators: Prof. Dr. Peter Woias und Prof. Dr. Anna Fischer

Kurzprojekte 2021 - abgeschlossen

• Adaptive Peptide Libraries
  Kooperationsprojekt der Forschungsbereiche A und B.
  Junior Research Group leader: Dr. Charalampos Pappas
• Functionalization of silicon-based surfaces with redox active compounds
  Responsible Investigator: Dr. Bizan Balzer
• Fatigue in energy-harvesting mechanical metamaterials
  Kooperationsprojekt der Forschungsbereiche A und C.
  Junior Research Group leader: Dr. Viacheslav Slesarenko
• Electrochemical investigation of nanostructured electrochemical
  Principal Investigator: Prof. Dr. Anna Fischer

Kurzprojekte 2020 - abgeschlossen

• Oxidic double perovskites A2MM’O6 and its 2D variants as possible materials for the rechargeable photo cell
  Principal Investigator: Prof. Dr. Harald Hillebrecht
• Development of a novel electrolyte system for a photocharging battery system
  Principal Investigator: Prof. Dr. Ingo Krossing
• Hydrogenase-Electrode-Hybrids towards enzymatic proton production for ATP Synthases
  Kooperationsprojekt der Forschungsbereiche A und B.
  Principal Investigator: Prof. Dr. Anna Fischer
• Porosity- and charge storage tailoring in mesoporous nitrogen doped carbon nanospheres
  Kooperationsprojekt der Forschungsbereiche A und B.
  Principal Investigator: Prof. Dr. Anna Fischer
• Tuning the physicochemical properties of porous carbon materials as electrode materials for redox-flow batteries
  Kooperationsprojekt der Forschungsbereiche A und B.
  Principal Investigator: Prof. Dr. Anna Fischer