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
Kostengünstige, flexible und hoch energieeffiziente Solarzellen
2
Effiziente, flexible, ultrahelle Displays und Holografie
3
Neue Quantum-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
Ein Postdoktorand von Swiss Excellence hat sich der Gruppe angeschlossen und wird untersuchen, wie Chiralität den Spin bei der Singulett-Spaltung beeinflusst.
Ein SNSF-Postdoktorand hat sich der Gruppe angeschlossen und wird sich mit chiralen plasmonischen Materialien beschäftigen.
Ein perspektivischer Artikel über den Einfluss von Chiralität auf Singulett-Spaltung und Triplett-Fusion wurde in ACS Energy Letters, einer der führenden Energiezeitschriften, veröffentlicht.
Unsere Labore waren Gastgeber für drei Gymnasiasten, die während der Schweizer Studienwoche in Materialwissenschaft und Chemie lernten, wie man Nanokristalle herstellt, und Einblicke in den Laboralltag erhielten. Die Studienwoche wurde in Zusammenarbeit mit Schweizer Jugend Forscht organisiert.
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 SNSF-Projektförderungsstipendium und ein schweizerisch-koreanisches Quantum-Stipendium.
4
Es wurden zwei Patente angemeldet, die a) eine neue Formulierung für ultrahelle QLED-Displays und b) ein ultrasensitives Polarisationserkennungsverfahren betreffen.
Team & talents
Größe des Laborteams
10 Personen, die im nächsten Jahr auf etwa 15 Personen anwachsen sollen
Vorstellen eines bestimmten Teammitglieds
Alle sind gleichermaßen wichtig
Vom wissenschaftlichen Team entwickelte Fähigkeiten
Wir ermöglichen Anwendungen zur Energieerzeugung und zum Energieverbrauch mit beispiellosem Wirkungsgrad bei der Energieumwandlung. Alle halbleiterbasierten Geräte in der modernen Gesellschaft würden dann mit kostengünstiger herzustellenden Materialien und dennoch mit höherem Effizienzgrad betrieben werden.
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
Unternehmen der Quanteninformationstechnologie sind an neuartigen Materialplattformen für Qubits interessiert
Solarzellenhersteller, die an neuartigen Materialplattformen interessiert sind, die kostengünstiger, flexibler und effizienter sind als Silizium
Mikroskopiehersteller, die an einem möglichst hohen Polarisationskontrast interessiert sind
Entwicklung von Trenntechnologien der nächsten Generation, die weniger Energie verbrauchen und nachhaltiger sind, insbesondere für die Reinigung von Gasen und Flüssigkeiten für Anwendungen in den Bereichen Energie und Umwelt.
Forschungsthemen
1
Energieeffiziente CO₂-Abscheidung: Wir entwickeln innovative Membranen, die Kohlendioxid selektiv abscheiden können und dabei viel weniger Energie verbrauchen als herkömmliche Methoden.
2
Nanomaterialien für saubere Trennungen: Unser Team entwickelt atomdünne nanoporöse Materialien, die eine präzise Trennung von Gasen und Flüssigkeiten auf molekularer Ebene ermöglichen.
3
Skalierbare und nachhaltige Membrantechnologien: Wir arbeiten daran, unsere Entdeckungen in praktische, großtechnische Lösungen umzusetzen, die sauberere und nachhaltigere chemische Prozesse unterstützen.
Unsere Schlüsselprojekte
CO₂-Abscheidung aus Graphen
CO₂-Abscheidung mit hauchdünnen Graphenmembranen Entwicklung von Membranen auf Graphenbasis (ein mit dem Nobelpreis ausgezeichnetes Material), die Kohlendioxid selektiv und mit minimalem Energieaufwand abscheiden können und so die Bemühungen zur Eindämmung des Klimawandels unterstützen.
GAZNAT Shell Akademische Mitarbeiter an der EPFL und anderen Universitäten
Ultradünne MOF-Membranen
Ultradünne kristalline nanoporöse Materialien (MOFs) für die Gastrennung Entwicklung innovativer dünner Filme aus MOFs (ein mit dem Nobelpreis ausgezeichnetes Material), die zwischen Gasmolekülen auf atomarer Ebene unterscheiden können und einen Durchbruch für die Wasserstoffreinigung und saubere Energie bieten.
Akademische Mitarbeitende der EPFL und anderer Universitäten
Skalierbare Herstellung von Membranen
Umsetzung von Laborentdeckungen in industrielle Prototypen. Ein Highlight ist die Abscheidung von 1 Tonne CO2 pro Tag aus der Müllverbrennungsanlage Enevi durch die Skalierung einer porösen Graphenmembran im Rahmen eines von der EPFL finanzierten CCUS-Projekts (Solutions4Sustainability, Finanzierung von 9 Millionen CHF). Website: https://s4s-ccus.epfl.ch
GAZNAT Enevi Divea Akademische Mitarbeiter an der EPFL und anderen Universitäten
Dem Labor ist es gelungen, ultradünne, nur wenige Atome dicke Membranen herzustellen, die Gase wie CO₂ und Wasserstoff effizient trennen können.
2
Prof. Agrawal erhielt mehrere internationale Auszeichnungen, darunter ein ERC Starting Grant, den NAMS Young membrane Scientist Award (2018) und den AIChE FRI/John G. Kunesh Award (2021), mit denen seine Pionierarbeit in der Trennungswissenschaft gewürdigt wurde.
3
LAS nimmt an nationalen und europäischen Kooperationen teil, die sich auf nachhaltige Energie- und Kohlenstoffabscheidungstechnologien konzentrieren, darunter Partnerschaften mit dem Schweizerischen Nationalfonds (SNF) und ERC-Projekte.
4
Die Laborausgründung Divea (gegründet 2024) ist aktiv an der Vermarktung der kostengünstigen Kohlenstoffabscheidungsmembranen beteiligt. Das Labor hat 10 Patente angemeldet. Mehrere wurden erteilt. 7 davon sind von Divea lizenziert worden.
5
Die Arbeit von LAS hat zu viel beachteten Veröffentlichungen, weltweiten Kooperationen und wachsender Anerkennung für die Förderung sauberer technologischer Lösungen geführt, die Emissionen und Energiekosten senken können. Divea führt Feldversuche mit Graphenmembranen durch. Die Forschungsgruppe hat in Zusammenarbeit mit dem Wallis, dem BFE und der GAZNAT Demonstrationsanlagen für Pilotanlagen entwickelt.
Team & talents
Größe des Laborteams
Am LAS sind derzeit rund 20 Forscher, darunter Doktoranden, Postdocs und Ingenieure aus mehr als zehn Ländern beteiligt.
Vorstellen eines bestimmten Teammitglieds
Wir möchten Dr. Jian Hao, einen leitenden Wissenschaftler bei LAS, hervorheben, der eine Schlüsselrolle bei der Entwicklung von Membranen der nächsten Generation für die CO₂-Abscheidung und Gastrennung spielt. Sein Fachwissen über Nanomaterialien und die Herstellung von Dünnschichten ist von zentraler Bedeutung für die Umsetzung von Laborentdeckungen in skalierbare Technologien.
Vom wissenschaftlichen Team entwickelte Fähigkeiten
Die Teammitglieder erwerben Fachkenntnisse in den Bereichen fortschrittliche Materialsynthese, Nanofabrikation und energieeffiziente Trenntechnologien sowie Projektmanagement und interdisziplinäre Zusammenarbeit.
Andere
Das Labor setzt sich für Vielfalt, Mentoring und eine integrative Arbeitskultur ein, die Kreativität und Innovation fördert.
Regionale und gesellschaftliche Auswirkungen
1
Unsere Forschung unterstützt den weltweiten Übergang zu kohlenstoffarmen Technologien, indem sie die CO₂-Abscheidung und -Reinigung energieeffizienter und erschwinglicher macht.
2
Das LAS mit Sitz in Sitten stärkt das lokale Innovationsökosystem, zieht internationale Talente an und trägt dazu bei, das Wallis als Zentrum für die Forschung im Bereich der sauberen Technologien zu positionieren.
3
Durch die Entwicklung skalierbarer und kostengünstiger Trenntechnologien hilft das Labor der Industrie, den Energieverbrauch und die Emissionen zu senken und gleichzeitig ihre Wettbewerbsfähigkeit und Nachhaltigkeit zu verbessern.
Perspektiven und Herausforderungen
Die wichtigsten Möglichkeiten
LAS will die Anwendung seiner fortschrittlichen Membrantechnologien auf die großtechnische CO₂-Abscheidung und saubere Wasserstoffproduktion ausweiten. Es bestehen gute Möglichkeiten, die Verbindungen zur Industrie zu stärken und einen Beitrag zum Übergang der Schweiz zu einer kohlenstoffarmen Wirtschaft zu leisten.
Wichtigste Herausforderungen
Die größte Herausforderung besteht darin, diese Materialien von Laborprototypen auf industrielle Systeme zu übertragen und dabei die Produktion kostengünstig und umweltfreundlich zu halten. Die Überbrückung der Kluft zwischen Forschung und praktischer Umsetzung bleibt ein wichtiger Schwerpunkt.
Zukünftige Partnerschaften
Das Labor strebt eine Zusammenarbeit mit Energie- und Produktionsunternehmen sowie mit öffentlichen Einrichtungen an, um den Technologietransfer zu beschleunigen und die Auswirkungen fortschrittlicher Trennverfahren in nachhaltigen industriellen Prozessen zu demonstrieren.
Das LNCE befasst sich mit den Herausforderungen in den Bereichen Energie und Nachhaltigkeit, indem es die grundlegenden Schlüsselfragen aufgreift. Wir nutzen die Abstimmbarkeit wohldefinierter Nanokristalle, um das Konstruktionsprinzip effizienter und stabiler Materialien zu etablieren, die Elektrizität und Licht durch die Umwandlung geringwertiger Moleküle in Chemikalien speichern. Unser besonderes Interesse gilt der Umwandlung kleiner Moleküle, insbesondere von CO2 und CO, die sich zu Feinchemikalien erweitern. Ziel ist die Schaffung einer nachhaltigeren chemischen Produktion.
Forschungsthemen
1
Kolloidale Chemie
2
Elektrokatalyse
3
Photokatalyse
Unsere Schlüsselprojekte
Tulip
Wir entwickeln eine neue Klasse von Nanopartikeln für die Umwandlung kleiner Moleküle auf der Grundlage von Flüssigmetallen. Die Idee hinter der Verwendung von Flüssigmetallen anstelle herkömmlicher fester Metalle ist, dass sie sich nicht deaktivieren und der Industrie stabile Katalysatoren für die chemische Umwandlung bieten. Dieser Zuschuss ist ein ERC Consolidator.
Designstrategien für stabile Katalysatoren für die CO2-Elektroreduktion
Wir entwickeln Strategien zur Schaffung effizienter und stabiler Katalysatoren für die Umwandlung von CO2 in Chemikalien. Diese Katalysatoren basieren auf Kupfer anstelle von herkömmlichen Edelmetallen.
Quantenpunkte für die lichtgesteuerte Produktion von Feinchemikalien
Wir entwickeln lichtabsorbierende Quantenpunktmaterialien, um die Herstellung von Feinchemikalien mit Hilfe von Licht zu erleichtern.
Dieses Projekt ist Teil des grossen Schweizer Konsortiums NCCR Catalysis
European Chemical Society Lecture Award (2019), Werner-Preis der Schweizerischen Chemischen Gesellschaft (2021), Eastman Lecture in Catalysis an der UC Berkeley (2023), Russel Lecture, Queen’s University, Kanada (2023), American Chemical Society Inorganic Nanoscience Award (2024)
3
Tulip ist ein ERC Consolidator Grant
Team & talents
Größe des Laborteams
15
Vom wissenschaftlichen Team entwickelte Fähigkeiten
Zu den erlernten Fähigkeiten gehören Projektmanagement, Entscheidungsfindung, öffentliches Reden, Verfassen von Forschungsberichten, Fragen und Antworten, innovatives und kreatives Arbeiten, Nutzung von Daten und elektronischen Laborbüchern. Diese Fähigkeiten sind für jeden späteren Job hilfreich.
Regionale und gesellschaftliche Auswirkungen
1
Der Beitrag zu einer nachhaltigen Gesellschaft ist der Motor unserer Aktivitäten. Außerdem engagieren wir uns stark für die Ausbildung von Studenten auf allen Ebenen, die für die Gesellschaft von entscheidender Bedeutung ist.
Perspektiven und Herausforderungen
Priorität 1
Förderung von wissenschaftlichem Grundlagenwissen, das zu einer nachhaltigeren Gesellschaft beiträgt
Priorität 2
Bildung für die nächste Generation
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