Weinheim, 29. November 2019. Wie ist es physikalisch möglich, die Leistung von Festkörperbatterien vorherzusagen? Wie kann autonomes Fahren durch einen neuen Frequenzbereich für die Abstandsmessung mit Radar sicherer werden? Wie können Fehler und Risiken in der Entwicklung von Produkten früher erkannt und besser verstanden werden? Wie kann die Elektronik eines Batterieladegerätes mit neuartigen Halbleitermaterialien effizienter und leistungsstärker werden? Für ihre wissenschaftlichen Arbeiten zu diesen Fragen wurden Dr.-Ing. Philipp Braun, Dr.-Ing. Akanksha Bhutani, Dr.-Ing. Bartosz Gladysz und Master of Science Matthias Luh von Professor Albert Albers, Leiter des Instituts für Produktentwicklung am Karlsruher Institut für Technologie, und Dr. Julia Kubasch, Head of Scientific Networks bei Freudenberg Technology Innovation, mit dem Carl-Freudenberg-Preis ausgezeichnet. Die Jury unter der Leitung von Professor Albers würdigte die Arbeit der vier Wissenschaftler. Der Preis wird alle zwei Jahre vergeben.
„Ich habe ein Modell für Lithium-Ionen Festkörperbatterien entwickelt, welches die Leistungsfähigkeit in einem frühen Entwicklungsstadium sehr präzise vorhersagt. Es zeigt die Vorteile der Festkörperbatterien gegenüber heutigen Batterien und beschleunigt den Entwicklungsprozess von einer Laborzelle bis hin zum technischen System“, so Preisträger Braun über seine Arbeit. Rund viereinhalb Jahre hat er in verschiedenen Forschungsprojekten an dem Thema gearbeitet. Sein wissenschaftlicher Traum: „Beruflich wünsche ich mir, dass ich noch viele Jahre in diesem hochdynamischen Umfeld arbeite und erlebe, dass die Lithium-Ionen Festkörperbatterie in 10 Jahren so selbstverständlich überall eingesetzt wird, wie heute Lithium-Ionen-Batterien in unseren Smartphones und Elektrofahrzeugen.“
Innovative Radarmessung für Fahrzeuge
Rund 5 Jahre hat auch Bhutani geforscht und ein neues Radar-Frontend bei 122 GHz entwickelt. Dabei verwendete sie eine Technologie, welche in diesem Frequenzbereich bisher nicht nutzbar war. Das neue Bauteil kann problemlos mit anderen Elektronik-Bauteilen verbaut werden. Es misst auch bei schlechten Sicht- und Umgebungsbedingungen den Abstand. Daher kann es für Automobil- sowie verschiedenste industrielle Anwendungen genutzt werden. „An einem typischen Arbeitstag standen Simulationen und Messungen für das Millimeterwelle-Bauteil auf dem Plan. Für die Entwicklung des neuen Konzepts diskutierte ich außerdem mit Kollegen neue Lösungsansätze“, so Bhutani. „Über den Carl-Freudenberg-Preis bin ich glücklich und stolz, dass die Jury meine jahrelange Arbeit gewürdigt und ausgezeichnet hat. Ich möchte weiterhin im Millimeterwellen-Bereich forschen, da diese Technologie ein sehr hohes Potential hat, um das Alltagsleben der Menschen zu revolutionieren.“
Weniger Produktfehler dank neuer Methode
„Mein Ansatz unterstützt die Entwicklung mechatronischer Produkte“, so Gladysz. „Viele Produktfehler haben ihren Ursprung in der frühen Phase der Produktentwicklung. Das wird in Zeiten komplexer Produkte immer schwieriger. Bisherige Methoden der Risikobeurteilung fokussieren sich auf die Analyse von Anforderungen, Funktionen und logischen Zusammenhängen, vernachlässigen jedoch die Wechselwirkung mit der Gestalt eines Produkts. Der von mir entwickelte Ansatz bedient sich eines Modells, um diese unterschiedlichen Sichten zu vereinen und ermöglicht eine verbesserte Identifikation und Analyse von Fehlerfolgen und deren -ursachen.“ Ziel des Wissenschaftlers ist die Implementierung dieser Erkenntnisse in die Prozesse der Produktentwicklung. Daran arbeitet Gladysz seit 2 Jahren in der Wirtschaft. „Über die Auszeichnung freue ich mich sehr und danke allen, die mich unterstützt und meine Forschungsarbeit ermöglicht haben.“
Klimafreundliches Laden von Elektrofahrzeugen
Einen Sonderpreis für seine Masterarbeit hat Matthias Luh erhalten: „Der Ausbau erneuerbarer Energien und das Laden von Elektrofahrzeugen sind zwei herausfordernde Themen, die große Teile der Forschung und Industrie bewegen. In meiner Masterarbeit habe ich das Konzept „Vehicle-to-Grid“ betrachtet, welches durch die intelligente Anbindung von Elektrofahrzeug-Batterien an das Stromnetz zwei Lösungen bietet: Das klimafreundliche Laden von Elektrofahrzeugen und das Zwischenspeichern von Energie aus Sonne und Wind.“ Das wird ermöglicht, indem die Leistungselektronik dieses speziellen Batterieladegerätes mit neuartigen Topologien und Halbleitermaterialien effizienter und leistungsstärker sowie so kompakt und günstig wie herkömmliche Ladegeräte wird. „Es ist sehr viel Energie in die Masterarbeit geflossen und der Preis ist für mich nicht nur ein Zeichen dafür, dass sich das gelohnt hat, sondern auch, dass das Thema eine große Relevanz hat, an der ich mit Freude weiterforsche“, so Luh.
Die Preisträger 2019
• Dr. Philipp Braun: Elektrische Charakterisierung und Modellierung von Festkörperbatterien
• Dr. Akanksha Bhutani: Low Temperature Co-fired Ceramic for System-in-Package Applications at 122 GHz
• Dr. Bartosz Gladysz: Gestalt- und wirkzusammenhangbasierte Beschreibung von Fehlermechanismen für eine effektivere und effizientere Identifikation, Analyse sowie Nachvollziehbarkeit von Fehlerfolgen und -ursachen
• Sonderpreis für Masterarbeit: Master of Science Matthias Luh: Entwicklung eines resonanten, hoch-effizienten bidirektionalen Li-Ion Batterieladegerätes mit Silicium-Carbid Halbleitern