DIFFER ontwikkelt onderzoeksfaciliteit voor energietransitie

Nieuws - 09 mei 2023 - Communication TNW

Een Nederlands consortium onder leiding van het nationale energieonderzoeksinstituut DIFFER ontvangt 4,7 miljoen euro van NWO voor de bouw van een faciliteit die gecontroleerd laagjes materiaal kan maken. Met de faciliteit kunnen Delftse onderzoekers en partnerinstituten materialen onderzoeken voor nieuwe katalysatoren en batterijen. Daarmee versnellen ze de energietransitie en helpen ze de samenleving vooruit. De faciliteit, en dat is uniek in de wereld, kan kleine Ć©n grote dunne lagen produceren. Dat is belangrijk voor de opschaling naar de industrie. Ook kunnen de lagen meteen, ter plekke geanalyseerd worden. 

Om het energieprobleem het hoofd te bieden, zijn onderzoekers op zoek naar nieuwe materialen voor bijvoorbeeld zonnepanelen, katalysatoren die helpen bij de productie van waterstof en batterijen die energie opslaan. Vaak bestaan zulke materialen uit dunne gestapelde lagen die in combinatie voor de gewenste eigenschappen zorgen.

Tot nu toe was er een gat tussen het materiaalonderzoek bij onderzoeksinstituten en dat van bedrijven. Dat komt onder andere doordat de onderzoeksinstituten vaak dunne schijven van een paar millimeter of hooguit een paar centimeter in diameter maken. Die kunnen moeilijk getest worden en dat weerhoudt bedrijven om het materiaal verder te ontwikkelen en marktrijp te maken.

Pulsed Laser Deposition lab
Met de nieuwe faciliteit, het Pulsed Laser Deposition lab, kunnen onderzoeksinstituten en bedrijven kleine Ʃn grotere dunne lagen maken. Het gaat dan om dunne schijven tot tien centimeter in diameter. Daarnaast kan het apparaat lagen stapelen. Bovendien kunnen onderzoekers al metingen verrichten ƭn het apparaat. Dat levert een sneller en nauwkeuriger resultaat op. De faciliteit komt beschikbaar voor onderzoekers van universiteiten en instituten en voor bedrijven die commerciƫle toepassingen willen testen.

"Er bestaat op de wereld geen vergelijkbaar apparaat," zegt Anja Bieberle van het Dutch Institute for  Fundamental Energy Research, DIFFER. Bieberle leidt het consortium dat de faciliteit bij DIFFER in Eindhoven gaat opzetten. "De faciliteit leent zich voor fundamenteel onderzoek en voor de volgende, essentiĆ«le stap, de daadwerkelijke implementatie."

DIFFER en TU Delft
Materialen ontwerpen met atomaire precisie is van vitaal belang om nieuwe functionaliteiten te ontdekken, bijvoorbeeld nieuwe katalysatoren voor de omzetting van CO2 in nuttige chemicaliĆ«n of de productie van waterstof. Volgens professor Atsushi Urakawa maakt de nieuwe labfaciliteit bij DIFFER het hem en collegaā€™s mogelijk om de samenstelling en structuur van dunne lagen af te stellen. Deze materialen kunnen dienen als nauwkeurige modelsystemen voor chemische omzettingen en voor spectroscopische en microscopische studies om fundamenteel inzicht te krijgen in de functionaliteiten van katalysatoren of batterijen. Het laboratorium stelt onderzoekers ook in staat om gelaagde materialen op nanoschaal te creĆ«ren die ze nauwkeurig kunnen afstemmen om de katalytische activiteit en selectiviteit voor de gewenste chemische producten te maximaliseren. Dit vermogen om lagen met precisie te plaatsen zal nieuwe mogelijkheden bieden voor zowel fundamenteel als toegepast onderzoek.
 

De centrale techniek van het nieuwe Pulsed Laser Deposition lab is gepulste laserdepositie. Daarbij schiet een laserstraal (niet in beeld) stukjes materiaal weg van een blokje (links, wit). Het materiaal verdampt als een plasmawolk (paars) en komt op een substraat terecht (rechts, rood). Het vormt daar een laagje van een of enkele atomen dik. (c) Adam Andersen LƦssĆøe, CC BY-SA 4.0, via Wikimedia Commons

Roestvrijstalen bollen onder vacuĆ¼m
De kern van de faciliteit is een apparaat van drie roestvrijstalen bollen die onder vacuĆ¼m met elkaar zijn verbonden via pijpen en buizen. Het geheel is ongeveer vier meter lang. Achter de bollen bevinden zich acht verschillende soorten analyseapparatuur. Ook is er een laadkamer om zo schoon mogelijk, zonder het vacuĆ¼m te verstoren, nieuwe materialen in te brengen.

Consortium
Het consortium opereert onder de naam PLD4Energy. DIFFER is hoofdaanvrager. Mede-aanvrager Universiteit Twente ontwerpt samen met DIFFER de faciliteit. Mede-aanvrager Technische Universiteit Eindhoven levert specifieke analyseapparatuur. Partners zijn Technische Universiteit Delft, Universiteit Leiden, Rijksuniversiteit Groningen, Universiteit Utrecht en TNO.

Budget
Het budget voor de nieuwe faciliteit komt uit het subsidieprogramma Wetenschappelijke infrastructuur: nationale consortia van NWO. NWO betaalt 4,7 miljoen euro. Het consortium legt daar 1,6 miljoen euro bij. Tegelijk met het consortium dat nieuwe materialen gaat ontwikkelen, krijgen nog zes andere consortia geld.

Over DIFFER
DIFFER, het Dutch Institute for Fundamental Energy Research, verricht toonaangevend fundamenteel onderzoek op het gebied van fusie-energie en zonnebrandstoffen. Het instituut werkt nauw samen met de academische wereld en het bedrijfsleven. DIFFER (www.differ.nl) is gevestigd in Eindhoven en maakt deel uit van de institutenorganisatie van NWO.

Bron: DIFFER
 

Atsushi Urakawa

Prof.dr.ir. Ruud van Ommen