Das Labor für Energiematerialien setzt fortschrittliche optische Charakterisierungstechniken und Materialchemie ein, um die Art und Weise zu verändern, wie wir als Gesellschaft Energie erzeugen und verbrauchen. Wir arbeiten daran, die Konstruktionsregeln für die nächste Generation preiswerter, effizienter und flexibler Solarzellen und ultraheller Displays aufzudecken und völlig neue Anwendungen in der Quanteninformationstechnologie zu erschließen.
Forschungsthemen
1
Billige, flexible und hoch energieeffiziente Solarzellen
2
Effiziente, flexible, ultrahelle Displays und Holografie
3
Neue Qantum-Informationstechnologien für ultra-effizientes Rechnen
Unsere Schlüsselprojekte
Bleifreie Perowskite
Entwicklung von bleifreien Halogenidperowskiten als nachhaltige, hoch energieeffiziente neue Halbleiter. Diese Materialien können in Lösung gedruckt werden, sind kostengünstig in der Herstellung und weisen im Vergleich zu ihren Blei-Gegenstücken verbesserte Elektronenspin-Lebensdauern auf.
EPFL-Institut für Chemie und Ingenieurwissenschaften
Ultrasensitive Polarisationsmikroskopie
Entwicklung eines ultrasensitiven Polarisationsmikroskops mit unübertroffener räumlicher, zeitlicher und energetischer Auflösung bei Rekordpolarisationsempfindlichkeit in Zusammenarbeit mit dem führenden Mikroskopie- und Optikhersteller Zeiss.
Carl Zeiss AG
Chirale Licht-Materie-Kontrolle
Verständnis und Kontrolle chiraler Licht-Materie-Wechselwirkungen in molekularen Halbleitern für polarisationsaufgelöste organische Optoelektronik.
EPFL-Institut für Chemie und Ingenieurwissenschaften
Highlights
1
Veröffentlichung in der weltweit bedeutendsten Forschungszeitschrift: Nature. Unsere jüngste Veröffentlichung in Nature über ein breitbandig empfindliches Polarisationsdetektionsverfahren unterstreicht die Bedeutung unserer Arbeit über das unmittelbare Forschungsgebiet hinaus, in dem wir tätig sind.
2
Sascha hat den Wiley Young Innovator Award gewonnen und wurde zum C&EN Talented 12 ernannt, zwei der weltweit am stärksten umkämpften Forschungspreise für Nachwuchskräfte.
3
Sascha wurde vom Europäischen Forschungsrat mit einem ERC Starting Grant ausgezeichnet – der prestigeträchtigsten Auszeichnung in Europa. Er erhielt auch ein internationales MAPS-Stipendium, ein SNF-Projektförderungsstipendium und ein schweizerisch-koreanisches Quantum-Stipendium.
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Es wurden zwei Patente angemeldet, die a) eine neue Formulierung für ultrahelle QLED-Displays und b) ein ultrasensitives Polarisationserkennungsverfahren betreffen.
Wir ermöglichen Energieerzeugungs- und -verbrauchsanwendungen mit bisher unerreichten Energieumwandlungswirkungsgraden. Alle auf Halbleitern basierenden Geräte in der modernen Gesellschaft würden auf der Grundlage von billiger herzustellenden Materialien mit höherer Effizienz arbeiten.
2
Das Wallis ist besonders stark von den Folgen des Klimawandels betroffen. Die Aussicht auf nachhaltige erneuerbare Energiequellen auf der Basis von kostengünstiger und effizienter Photovoltaik ist von zentralem Interesse für die zukünftige Entwicklung dieses Kantons.
3
Die Industriepartner im Allgemeinen profitieren von unserem geistigen Eigentum, das wir in Bezug auf energieeffizientere Solarzellen und ultrahelle Display-Materialien schaffen.
Perspektiven und Herausforderungen
Priorität 1
Entwicklung bleifreier Halogenid-Perowskit-Halbleiter mit verbesserter Effizienz und Stabilität
Priorität 2
Kommerzielle Nutzung eines ultrasensiblen Polarisationsmikroskops
Priorität 3
Ermöglichung der Ausstattung achiraler molekularer Materialien mit chiralen Eigenschaften.
Wichtigste Herausforderungen
Stabilitätsprobleme bei bleifreien Halogenid-Perowskit-Materialien (hohe Fallendichte) – Polarisationsartefakte in optischen Komponenten – fehlendes mechanistisches Verständnis der Chiralitätsinduktionsmechanismen
Zukünftige Partnerschaften
Quanteninformationsunternehmen, die an neuartigen Materialplattformen für Qubits interessiert sind – Solarzellenunternehmen, die an neuartigen Materialplattformen interessiert sind, die billiger, flexibler und effizienter als Silizium sind – Mikroskopiehersteller, die an einem höchstmöglichen Polarisationskontrast interessiert sind
Laboratory for Functional Inorganic Materials (LFIM)
Prof. Wendy Queen
Laboratory for Functional Inorganic Materials (LFIM)
Chemistry
Unsere Mission
LFIM leistet Pionierarbeit bei der Entwicklung fortschrittlicher poröser Materialien für die Gas- und Flüssigkeitsabscheidung, insbesondere in den Bereichen CO₂-Abscheidung, Wasseraufbereitung und Rückgewinnung wertvoller Metalle aus Abfällen, um den weltweiten Energieverbrauch zu senken und den Umweltschutz zu fördern.
Forschungsthemen
1
Kohlenstoffabscheidung: Wir werden bessere Methoden entwickeln, um CO2 direkt aus der Atmosphäre und aus großen Punktquellen zu entfernen, um den Prozess billiger und effektiver zu machen und so zur Erreichung der Kohlenstoffneutralität beizutragen.
2
Wir entwickeln kosteneffiziente und nachhaltige Verfahren zur Gewinnung wertvoller Metalle wie Platin, Palladium und Gold aus Abfällen, um sie wiederzuverwenden. Damit wollen wir dazu beitragen, die für die Energiewende erforderlichen Materiallieferketten zu sichern und gleichzeitig den Umweltschutz zu fördern.
3
LFIM entwickelt selektive poröse Materialien, die in der Lage sind, gezielt Verunreinigungen aus Wasserquellen zu entfernen, mit dem Ziel, den Zugang zu sauberem Wasser für alle zu sichern und die Umweltsanierung zu unterstützen.
Unsere Schlüsselprojekte
Demo-Einheit zur Kohlenstoffabscheidung
Wir haben eine Demonstrationsanlage für die Kohlenstoffabscheidung gebaut. In Verbindung mit der Prozessmodellierung können wir so die Leistung unserer Materialien in einem bestimmten Abtrennungsprozess optimieren und die Kosten und den Energieverbrauch pro Tonne abgeschiedenem CO2 abschätzen.
Gaznat, BFE, Etat du Valais und Casale
Materialien für die direkte Lufterfassung
Wir entwickeln poröse Materialien, die CO2 direkt aus der Luft abscheiden können. Das Projekt umfasst den Entwurf und die Umsetzung einer CO2-Abscheidungseinheit, die in einer lokalen Verbrennungsanlage in Verbindung mit der Kohlenstoffabscheidung im Tonnenmaßstab in der Anlage selbst installiert wird.
Enevi
Fortschrittliche MOF-Verbundwerkstoffe
Entwicklung innovativer MOF/Polymer-Verbundwerkstoffe mit nachträglicher synthetischer Modifizierung zur selektiven Extraktion von Edelmetallen (Pt, Au, Pd) und toxischen Schadstoffen (Cr, As, Pb) aus Wasser, um skalierbare Lösungen für das Recycling von Elektroschrott und die Umweltsanierung zu entwickeln.
Universität Basel, Columbia University, Technische Universität Dresden, European Synchrotron Radaition Facility, Universität Tokio
Exponat zur Goldgewinnung
Eine interaktive, spielerische Ausstellung mit 4 Stationen, die die Goldrückgewinnung aus Elektroschrott unter Verwendung unserer Materialien demonstriert. Tournee durch die Schweiz und San Francisco, um Tausende von Menschen für die Konzepte der Kreislaufwirtschaft zu begeistern. Gewann 2022 den SNF Agora Optimus Preis für Wissenschaftskommunikation.
Universität Basel, Columbia University, Technische Universität Dresden, European Synchrotron Radaition Facility, Universität Tokio
Highlights
1
Nazanin Taheri, eine Postdoktorandin in unserem Labor, hat gerade einen Zuschuss von brigde erhalten, um ihre Technologie auf den Markt zu bringen.
2
Dr. Till Scherlenleib wurde als einer der Gewinner des MatChem PhD Student Award 2025 ausgewählt. Seine Doktorarbeit, „A Local Structure Perspective on Metal-Organic Frameworks“, wurde für ihren herausragenden Beitrag zum Fachgebiet ausgezeichnet. Timo Felder für die Auszeichnung mit dem Outstanding Poster Award beim EuroMOF2025. Sanjay Venkatachalam erhielt den Outstanding Poster Award auf der GRC zum Thema Kohlenstoffabscheidung, -nutzung und -speicherung.
3
Unser NCCR hat es in die Endrunde geschafft. Für den Fall, dass das passiert, sollten wir mit einer Pressemitteilung vorbereitet sein.
4
. Unsere Postdoktorandin Dr. Nazanin Taheri hat gerade den Nachweis ihres Konzepts für die Brücke erbracht, was ein zweites Start-up aus unserem Team sein könnte. Wir haben im letzten Jahr zwei Patentanträge eingereicht.
Team & talents
Größe des Laborteams
15
Vorstellen eines bestimmten Teammitglieds
Timo Felder ist ein hervorragender Schweizer Student, der bereits eine beeindruckende Anzahl von Arbeiten veröffentlicht hat und im November seinen Doktortitel abschließen wird. Er hat gerade den Posterwettbewerb auf der EuroMOF-Konferenz auf Kreta gewonnen, was angesichts des hohen Wettbewerbsniveaus beeindruckend ist.
Vom wissenschaftlichen Team entwickelte Fähigkeiten
Anorganische und organische Synthesetechniken zur Herstellung von Bausteinen und dann poröser Materialien aus diesen Bausteinen, Standard-Charakterisierungstechniken wie NMR, IR, TGA, SEM, Oberflächenanalyse sowie Adsorptions- und Durchbruchstudien, fortgeschrittene In-situ-Charakterisierungstechniken (XRD, PDF, XAS) zur Untersuchung von Mechanismen, Abbaupfaden und zur Bewertung der Struktur und Leistung poröser Materialien, Umgang mit luftempfindlichen Materialien, Strukturierungstechniken, Prozessmodellierung und Lebenszyklusbewertung.
Regionale und gesellschaftliche Auswirkungen
1
Wir entwickeln fortschrittliche poröse Materialien, um den Klimawandel durch effiziente CO₂-Abscheidung zu bekämpfen, Wasser durch die Entfernung toxischer Metalle zu reinigen und wertvolle Metalle aus Elektroschrott zurückzugewinnen – und ermöglichen so eine Kreislaufwirtschaft, während wir künftige Führungskräfte ausbilden und die Gesellschaft durch Forschungstranslation einbinden.
2
Das LFIM trägt dazu bei, die Sichtbarkeit des Wallis als Wissenschaftszentrum von Weltrang zu erhöhen, das Wirtschaftswachstum durch die Gründung von Start-ups und die Einwerbung von Investitionen zu fördern, künftige Wissenschaftler weltweit auszubilden, die Öffentlichkeit über GoldRush-Ausstellungen und lokale Medien (Canal 9, Nouveliste, RTS, Migros-Displays) einzubeziehen und regionale Partnerschaften für die Energiewende durch Präsentationen vor Entscheidungsträgern und die Zusammenarbeit mit der lokalen Industrie sowie durch die Zusammenarbeit mit lokalen Schulen zu stärken
3
Unsere Forschung geht das Problem der industriellen Energiegewinnung direkt an: Trennverfahren verbrauchen 10-15 % der weltweiten Energie. Durch die Gründung von Start-ups (Sunchem), die Entwicklung von Patenten zum Schutz neuartiger Materialien und Methoden und den Technologietransfer sowie durch direkte Zusammenarbeit mit der Industrie tragen wir dazu bei, innovative Trenntechnologien auf den Markt zu bringen.
Perspektiven und Herausforderungen
Priorität 1
Bereitstellung neuer wissenschaftlicher Erkenntnisse, die zur Bewältigung bestehender globaler Herausforderungen im Zusammenhang mit dem Klimawandel und der Wasserknappheit beitragen können.
Priorität 2
Skalierung unserer bahnbrechenden Materialien vom Labor in die Industrie: CO₂-Abscheidung, Recycling von Elektroschrott und Wasserreinigung werden von Forschungsinnovationen in einsatzbereite Technologien umgewandelt.
Priorität 3
Ausbildung der nächsten Generation von Führungskräften im Bereich der Nachhaltigkeit bei gleichzeitiger Ausweitung des öffentlichen Engagements, um zum Handeln in den Bereichen Klima und Kreislaufwirtschaft anzuregen.
Wichtigste Herausforderungen
Überbrückung der Kluft zwischen dem Erfolg im Labor und dem Einsatz im industriellen Maßstab. Unsere energieeffizienten Technologien sollen mit bestehenden Methoden kostenmäßig konkurrieren können. Sicherstellung der Finanzierung von Pilotprojekten zur Demonstration der Leistungsfähigkeit in der Praxis. Übergang von vielversprechenden Prototypen zu kommerziell lebensfähigen Produkten, die von der Industrie übernommen werden. Entwicklung der notwendigen industriellen Partnerschaften
Zukünftige Partnerschaften
Unser NCCR zielt darauf ab, die oben genannten Herausforderungen anzugehen und die Entwicklung von Trenntechnologien zu beschleunigen, um die Bedürfnisse der Industrie in Bezug auf Kosten, Energieverbrauch und Umweltverträglichkeit schneller zu erfüllen. Im Rahmen dieses Projekts haben wir bereits 7 akademische Partner und mindestens 15 unterstützende Industriepartnerschaften, die genutzt werden könnten.
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