Laufende Projekte

04/2020 – 03/2024 – FlexFunction2Sustain

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Open Innovation Ecosystem für nachhaltige nano-funktionalisierte flexible Kunststoff- und Papieroberflächen und Membranen

Kunststoff- und papierbasierte Produkte sind in etablierten Multi-Milliarden-Euro-Märkten wie Lebensmittel- und Pharmaverpackungen allgegenwärtig. Darüber hinaus ergeben sich durch den Ersatz traditioneller starrer Glas- und Metalloberflächen oder -substrate durch nano-funktionalisierte Kunststoff- oder Papieroberflächen neue Möglichkeiten und Anwendungen. Allerdings ist die Verschmutzung durch Kunststoffabfälle immer noch ein großes Problem, das es zu bewältigen gilt. 

Das Projekt FlexFunction2Sustain wird die kunststoff- und papierverarbeitende Industrie bei der Bewältigung dieser Herausforderungen unterstützen, indem es ein Open Innovation Test Bed (OITB) für Nanofunktionalisierungstechnologien, die nachhaltige und intelligente kunststoff- und papierbasierte Produkte ermöglichen, anbietet.

Das OITB wird ein ganzheitliches integriertes Serviceportfolio schaffen, das technische und nicht-technische Aspekte der Innovationskette umfasst. Die Kunden werden beim Material- und Produktdesign, bei der Prozess- und Produktentwicklung, bei der Produktverifizierung und -zertifizierung, mit Dienstleistungen für die Pilot- und Kleinserienproduktion und beim Zugang zu neuen Märkten und Geschäftsmöglichkeiten unterstützt werden.

Um das Dienstleistungsportfolio des OITB zu erweitern, wird der Analgenpark der verschiedenen Prozesscluster aufgerüstet und in industriellen Anwendungsfällen von P&G, SONAE, Huck Folien, Capri Sun, Fiat und I3 Membranen validiert. Diese Analgenupgrades werden es dem OITB ermöglichen, Dienstleistungen für die Weiterentwicklung neuer Oberflächenfunktionalitäten, die von der Laborvalidierung (TRL4) bis zur Validierung in einer industriellen Umgebung (TRL7) reichen, anzubieten.

Im Rahmen dieses Projektes wird Coatema vier verschiedene Pilotlinien aufrüsten:

  • Rolle-zu-Rolle Nanoimprint-System bei Joanneum Research
  • Pilotproduktionsanlage für organische und gedruckte Elektronik an der Aristoteles Universität Thessaloniki
  • Rolle-zu-Rolle ALD-System am Fraunhofer IVV
  • Modulare Click&Coat®-Pilotlinie im Coatema Technikum.

Gemeinsam mit unseren Partnern werden wir die Pilotproduktionsprozesse aufskalieren, die Automatisierung erhöhen, die Prozessausbeute verbessern und neue Technologien implementieren.

https://flexfunction2sustain.eu

 

 

03/2020 – 02/2023 – RealNano

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Inline und echtzeit nanocharakterisierungstechnologien für die Herstellung von flexibler organischer Elektronik mit hoher Ausbeute

Organisch & gedruckte Elektronik (OE) sind mit einer der am schnellsten wachsende Sektoren der Nanowissenschaft. Während der OE-Markt in den letzten Jahren, von 37,7 B$ im Jahr 2018 auf 77,3 B$ im Jahr 2029, stetig wächst, kann die industrielle Produktion die breiten Anforderungen der Kommerzialisierung nicht erfüllen. Die Anforderungen für eine Massenproduktion liegen unter anderem an einer hohen Produktionsgeschwindigkeit, Zuverlässigkeit, Materialqualität, Produkteffizienz und Stabilität des Produktes und des Herstellungsprozesses.

Das RealNano-Projekt wird in der Zukunft eine tragende Rolle bei der digitalen Transformation der EU-Industrie spielen. Durch RealNano soll die Ausbeute von Nanomaterialien auf bis 90% steigen und zudem der Fertigungsausschuss um 30% reduziert werden. Um dies zu erreichen, werden neuartige und schnelle Echtzeit-Charakterisierungsmethoden, u.a. spektroskopische Ellipsometrie, Raman Spektroskopie, bildgebende Photolumineszenz und laserstrahlinduzierter Strommapping in eine R2R Druck- und eine organische Gasphasenabscheidung-Pilot-Produktionsanlagen integriert.

Bei diesem Projekt fokussiert sich Coatema insbesondere um den mechanischen Einbau der entwickelten Charakterisierungsmethoden und die mechanische Verbesserung der existierenden Pilot-Produktionsanlage.

http://www.realnano-project.eu

 

 

02/2019 – 07/2022 – PEPcat

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Energieeffiziente erweiterte Oxidation zur Elimination organischer Substanzen aus Abwasser mittels plasmonisch verstärkter Photokatalyse

Das Institut für Siedlungswasserwirtschaft und das Institut für Umweltforschung der RWTH Aachen University testen in Zusammenarbeit mit AMO GmbH (Aachen), Coatema GmbH (Dormagen), UMEX GmbH Dresden (Dresden) und HOLINGER Ingenieure GmbH (Merklingen), sowie der Beijing Capital Company Ltd. (Beijing, China) ein neuartiges Verfahren zur oxidativen Wasserreinigung.

Das Ziel dieses Projektes, ist eine verstärkte Elimination sogenannter organischer Spurenstoffe, wie z.B. Arzneimittelrückstände, die im normalen Klärprozess nur unzureichend zurückgehalten werden. Die im Projekt entwickelte Beschichtungstechnologie, die von den Partnern „PEPcat“ getauft wurde, soll die Nachbehandlung von Kläranlagenabläufen mittels Sonnenlicht und somit nahezu ohne Energie- und ohne Chemikalieneinsatz ermöglichen. Im Demonstrationsvorhaben zur Untersuchung dieser plasmonisch verstärkten Photokatalyse mit Sonnenlicht werden Versuche mit Abwasser auf den Kläranlagen Aachen-Soers und Beijing Dongba stattfinden.

Die Besonderheit dieses Projektes liegt in der direkten Umsetzung der kleinmaßstäblichen Erforschung von PEPcat in den industriellen Fertigungsmaßstab. In diesem Zusammenhang übernimmt Coatema die Hochskalierung des Prozesses sowie die Planung einer Pilotanlage für die Fertigung von Nanostrukturen. Durch die Umsetzung eines Roll-to-Plate (R2P) Konzeptes können Produktionsengpässe vermieden und die zukünftige Skalierung der Nanostrukturierung für noch größere Substratflächen, bzw. zur Produktion von nanostrukturierten Substraten realisiert werden.

 

https://pepcat.de/en

 

 

10/2018 – 09/2021 – OLEDSOLAR

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Innovative Fertigung optoelektronischer Geräte

Aufstrebende optoelektronische Geräte eröffnen täglich Möglichkeiten für neue Anwendungen. Um den Anforderungen der Industrie an die Massenproduktion solcher intelligenten Geräte der nächsten Generation gerecht zu werden, muss eine Reihe neuer Herausforderungen angegangen werden. Es gilt hohe Effizienz bei einem bestmöglichen Prozess umzusetzen.

OLEDSOLAR möchte diesen Herausforderungen begegnen, indem innovative Herstellungsverfahren für kritische Schritte bei der Produktion optoelektronischer Geräte entwickelt werden. Mit eingeschlossen sind dabei OLEDs (organisch Leuchtdioden), OPVs (organische Photovoltaik) und CIGS-Solarzellen (Kupfer-Indium-Gallium-Selenit). Zu den verwandten Projektaktivitäten zählen die Hochskalierung rekonfigurierbarer Hochertragsverfahren, ihre Erprobung in Pilotlinien sowie ihre Validierung in Produktionslinien.

Ein komplettes System aus Inspektion, Qualitätskontrolle, Funktionsprüfung und Messungen mit fortschrittlichen Systemen und Sensoren, wird im Projekt für die effiziente Herstellung von Optoelektronik-Bauteilen optimiert. Ein besonderer Fokus liegt hier auf der Automatisierung und der vorausgehenden Datenverarbeitung für die gesamte Steuerung und Überwachung von Fertigungsprozessen wie von Rolle-zu-Rolle (R2R) und Platte-zu-Platte (S2S). Gleichzeitig werden Recycling- und Wiederverwendungsstrategien entwickelt, um die Ressourceneffizienz sowie die Reduzierung von hochwertigem Produktabfall zu gewährleisten.

Die Aufgabe von Coatema besteht in dem Projekt darin, die Automatisierung sowie die Registrierung zu bewerkstelligen. Es gilt die Registrierung von R2R-Technologien, welche im Coatema Technikum und an der Printocent Demo-Linie beim VTT erforscht werden, weiter zu verbessern. Die Firma Coatema wird die Registrierungskamera von VTT in die Demolinie integrieren und die Maschinen optimieren. Ziel ist es die Ausrichtung zwischen übereinander lagernden und aufeinanderfolgenden Druckaufträgen, bis auf eine Genauigkeit von mindestens 50 Mikrometern, für die Siebdrucktechnologie zu verbessern.

 

 

09/2019 – 08/2022 – EffiLayers

2020 Effilayers logo2020 Finanzierung effilayers

Prozessoptimierung der Rolle-zu-Rolle Herstellung von neuartigen hocheffizienten organische Photohvoltaikzellen-EffiLayers“

Im Vordergrund des EffiLayers Projekts als Nachfolgerprojekt von PhotonFlex (2016 – 2019) und Flexlas (2012 – 2015) steht die Entwicklung, Prozessoptimierung und Herstellung von flexiblen, hocheffizienten und hauchdünnen organischen Solarzellen mittels einer Rolle-zu-Rolle-Beschichtungsanlage.

Organische Photovoltaikzellen weisen zurzeit noch einen geringeren Wirkungsgrad und Lebensdauer im Vergleich zu traditionellen Solarzellen auf Siliziumbasis auf. Dabei soll die Qualifizierung von neuartigen und effizienten Materialien sowie Optimierung der Schichtapplikation mittels Rolle-zur-Rolle-Beschichtungsanlage zur deutlichen Erhöhung des Wirkungsgrads beitragen.

Durch nasschemisches Beschichtungsverfahren werden die funktionellen Schichten im Nanometerbereich mittels heizbarer Schlitzdüse übereinander aufgetragen und mit verschiedenen Laserquellen (Kurzpuls- und Ultrakurzpulsbereich) bearbeitet. Nach der photonischen Lasertrocknung und dem Dünnschichtabtrag wird die OPV-Zelle durch Laserverkapselung mit einer Barrierefolie schützend versiegelt. Durch verschiedene Sensorik werden die einzelnen Prozesse überwacht und eine Prozessregelung implementiert.

Bei diesem Projekt fokussiert sich Coatema insbesondere auf die Modifikation des gesamten Breitschlitzdüsenauftrags. Das neue schwenkbare Düsen-Modul ermöglicht einen stabilen Prozess durch variable Verstellung der Düse im Bereich von 8 bis 12 Uhr. Ein vorgesehener horizontaler Mechanismus zur Verstellung der Düse gewährleistet eine präzise Einstellung bzw. Positionierung des zu beschichteten Substrates bei mehreren Beschichtungsvorgängen. Für eine gleichmäßige Applikation des aufzutragenden Substrats wird eine elektrisch beheizbare Düse eingesetzt. Gemeinsam mit den Partnern werden die neuen Prozessoptimierungen der Rolle-zu-Rolle Herstellung der neuartigen OPV-Zelle demonstriert und evaluiert.

 

 

01/2018 – 12/2021 – Greensense

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Nachhaltige, kabellose, autonome, auf Nanocellulose basierte Biosensor Plattform zur quantitativen Messung von Drogenmissbrauch

Gedruckte Elektronik ist eine der am stärksten wachsenden Technologien in der Welt. Papier und Plastik sind zwei flexible Materialien, welche als Schlüsselsubstrate in der Entwicklung der Zukunftsgeräte flexibler Elektronik gelten. Im Gegensatz zu den konventionellen Plastiksubstraten haben papierbasierte Substrate basierend auf Cellulose verschiedene Vorteile, wie geringere Kosten und Wiederverwertbarkeit. Somit haben papierbasierte Substrate einen signifikanten Effekt in der Reduzierung der Umweltbelastung durch „elektronischen Müll“. Darüber hinaus bieten Sie der Papier- und Zellstoffindustrie neue Möglichkeiten und Chancen. Die Oberflächeneigenschaften von konventionellen Papier sind allerdings nicht für gedruckte Elektronik geeignet und daher werden Papiersubstrate üblicherweise mit öl-basierten Polymeren behandelt. Aufgrund dessen ist aus dem Gesichtspunkt der Nachhaltigkeit ein großes Interesse an alternativen erneuerbaren Filmen und Beschichtungen aus Biopolymeren entstanden. Neben weiteren Alternativen stellen dabei Filme basierend auf Nanocellulose (NC) ein großes Potential dar, da sie eine hohe Stärke, ein hohes Seitenverhältnis, Transparenz und eine geringe Porosität in Verbindung mit einer glatten Oberfläche aufweist.

Im Projekt GREENSENSE werden die Bereiche gesundheitliche Diagnostik und gedruckte Elektronik in einer komplett-integrierten Biosensor Plattform zusammengebracht, welche auf Nanocellulose basiert. Diese Biosensor Plattform weist einen neu entwickelten, gedruckten Drogen-Biosensor auf und hat darüber hinaus verschiedene auf Nanocellulose basierende, gedruckte elektronische Komponenten integriert (Superkondensator und/oder Batterie als gedruckter Energiespeicher, Display und NFC Antenne). Des Weiteren wird ein einzelner Mikrochip integriert um eine autarke Energieversorgung sowie eine kabellose Kommunikation für ein einfaches Auslesen der Ergebnisse durch den Endanwender zu ermöglichen. Um die verschiedenen, funktionellen Tinten auf das auf Nanocellulose basierte Substrat aufzubringen werden verschiedene Druckmethoden mit hohem Durchsatz verwendet, wie z.B. Sheet-to-Sheet (S2S) Siebdruck und/oder Inkjet Druck. Die finale auf Nanocellulose basierte Biosensor Plattform wird einfach zu bedienen, flexibel, massenproduzierbar, kosteneffizient, umweltfreundlich entsorgbar und recycelbar sein und hat zusätzlich einen geringen Stromverbrauch.

https://www.greensense-project.eu/

 

 

10/2017 – 06/2021 – SOLID

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Innovative Festkörperbatterien auf Basis von Sol-Gel Materialien mit Li-Metallanode und implementierter 3D-Strukturierung

Einen wesentlichen Baustein für die Zukunft der Elektromobilität werden inhärent sichere und leistungsfähige Batterietechnologien darstellen. Festkörperansätze besitzen das Potenzial, diese Anforderungen zu erfüllen. Bislang verwendete Prozesse und Verfahren lassen sich jedoch oftmals nicht oder nicht wirtschaftlich skalieren und mit hohen Energiedichten darstellen.

Das Ziel des Vorhabens SOLID liegt in der Erforschung einer Festkörperbatterie auf Basis kostengünstiger Herstellungsverfahren, welche durchgehend auf industrielle Maßstäbe skalierbar sind oder von bereits etablierten Verfahren auf die Batterietechnologie übertragen werden. Der Festkörperansatz bietet die Möglichkeit, neue Zellkonzepte zu realisieren und hierdurch den Anteil elektrochemisch inaktiver Komponenten oder Verschaltungsaufwand zu minimieren. Ausgehend von einer Materialforschung für Kathoden- und Elektrolytschichten durch das Fraunhofer ISC und einer Anodenentwicklung durch Applied Materials können Festkörperbatterien im Einzellagenformat aufgebaut werden. Begleitend dazu strebt das Fraunhofer ISE durch eine Strukturierung der Stromableiter- bzw. Kathodenschichten an, hohe intrinsische Widerstände zu verringern. Parallel dazu erforscht LUNOVU durch neuartige Laser-basierte Verfahren das Kristallisationsverhalten der Kathoden- und Elektrolytschichten. All diese Verfahren werden durch Coatema auf kontinuierliche Prozesse direkt übertragen oder die Implementierbarkeit in einen kontinuierlichen Prozess dargestellt. Federführend durch das gesamte Projekt wird seitens des Projektkoordinators Varta ein Zellkonzept in Kooperation mit allen Partnern entwickelt und abschließend die Funktionstüchtigkeit dieses Festkörperbatteriekonzepts anhand eines Demonstrators nachgewiesen.

Der Batteriemarkt wird stark von asiatischen Herstellern dominiert. Um in diesem Markt zu partizipieren oder gar eine Technologieführerschaft zu erlangen ist bereits heute eine grundlegende Forschung an dieser Zukunftstechnologie notwendig. Da in diesem Forschungsvorhaben auf in Deutschland etablierte Technologien zurückgegriffen wird, in denen kleine und mittelständische deutsche Unternehmen teilweise führend sind, stützt das Vorhaben bei Projekterfolg zudem mittelfristig Arbeitsplätze entlang der Wertschöpfungskette.

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