Van metamaterialen tot de gevolgen van het winnen van lithium

Cristóbal Bonelli (UvA): Worlds of Lithium

Cristóbal Bonelli gaat antropologisch onderzoek doen naar de overgang van fossiele brandstoffen naar elektrisch transport op lithium-ion-accu’s. Dat doet hij in Chili, de grootste lithiumproducent ter wereld, China, wereldleider in de productie van lithium-ion-accu’s, en Noorwegen, onderweg om ‘s werelds eerste land te worden met nul emissie uit voertuigen.

Er is veel aandacht voor de belofte van elektrische voertuigen, want dat betekent dat er minder olie nodig is voor wegtransport. Wat echter buiten zicht blijft, zijn de ontwrichtende veranderingen in landschappen en samenlevingen die lithiumtransport teweeg kan brengen. Bonelli wil deze veranderingen met zijn project publiekelijk zichtbaar maken. Hiermee geeft hij een vroegtijdige antropologische waarschuwing aan Europese beleidsmakers die zich bezighouden met de elektrificatie van transport, en wil hij een beter geïnformeerde discussie stimuleren over de duurzaamheid van de processen die momenteel de ongelijke ‘werelden van lithium’ aandrijven.

Corentin Coulais (UvA): Extreme Mechanics of Metamaterials

Mechanische metamaterialen zijn kunstmatig gefabriceerde materialen met speciale structuureigenschappen, die nuttige toepassingen vinden bij bijvoorbeeld het maken van protheses en in de lucht- en ruimtevaartindustrie. Zulke materialen zijn veelbelovend voor het gericht ontwerpen van ‘extreme’ functionaliteiten. Deze vooruitgang is tot dusver echter alleen gerealiseerd in ideale omstandigheden door gebruik te maken van een zuiver meetkundig raamwerk, wat het potentieel van metamaterialen dramatisch beperkt. Corentin Coulais stelt voor de aandacht te verleggen naar een diametraal anders maar cruciaal aspect van metamaterialen: hun extreme mechanica onder realistische omstandigheden. Hij wil een compleet nieuw kader ontwikkelen waarin afwijkingen van geïdealiseerde scenario’s bestudeerd kunnen worden. Dit zal leiden tot krachtige gereedschappen om de gevoeligheid voor inhomogene randvoorwaarden, geometrische imperfecties en dynamische effecten te voorspellen. Door het verkennen van verstoringen in metamaterialen, zal Coulais de grenzen van de mechanica van vaste stoffen verleggen en wegen openen voor het ontwerp van robuuste geavanceerde functionaliteiten die zijn afgestemd op realistische complexe scenario’s, toepasbaar op tal van gebieden, van de prothetische geneeskunde tot de ruimtevaart.

Monica Morales-Masis – duurzame hybride materialen voor zonnecellen (UT)

Monica Morales-Masis ontwikkelt innovatieve methoden om nieuwe duurzame complexe hybride materialen te ontdekken die geschikt zijn voor onder andere efficiënte zonnecellen en Leds. De huidige standaard, hybride halide perovskieten op loodbasis, bevat het giftige lood en ontbeert lange-termijnstabiliteit. Reproduceerbare en controleerbare vacuüm depositietechnieken om deze materialen te fabriceren zijn essentieel om verder te komen in de ontdekking van loodvrije en stabiele hybride perovskieten.

"Met het Create-project initiëren we een nieuwe aanpak die het mogelijk maakt om stochiometrische en laag-voor-laag vacuüm depositie toe te passen op diverse organische-anorganische materialen", aldus Morales. "Om de specifieke problematiek van hybride dunne-filmgroei (onverenigbare volatiliteit en oplosbaarheid) te vermijden, zullen we werken met Pulsed Dual-Laser Deposition (PDLD) om de depositie van de anorganische en organische bronnen te ontkoppelen met twee verschillende lasers, alles binnen één vacuümsysteem."

Tim Taminiau (TU/D): A quantum network for distributed quantum computation

Het doel van dit project is om aan te tonen dat imperfecties in kwantumtoestanden betrouwbaar kunnen worden gedetecteerd door ze te verdelen over optisch verbonden kwantumnetwerken gebaseerd op ‘spins’ in diamant. Dit kan het begin zijn van een nieuw systeem om kwantumberekeningen stabieler te maken door steeds grotere netwerken te gebruiken.

Menno Veldhorst (TU/D): Quantum information transfer between hole spins and topological states

Het doel van dit project is om coherent kwantum-informatie over te dragen tussen spin- en Majorana-qubits. Dit zal bijdragen om een universele kwantumcomputer te bouwen met inherente bescherming tegen ruis.

David Vermaas (TU/D): Enhanced Mass Transport in Electrochemical Systems for Renewable Fuels and Clean Water

Vermaas richt zich op het verhogen van de stroomdichtheid bij elektrochemische conversies, bijvoorbeeld voor de productie van hernieuwbare brandstoffen en schoon water met groene stroom. "Dit is noodzakelijk vanwege de groeiende vraag naar groene energiedragers en schoon water"

Elektrochemische methoden kunnen, in een eenstapsproces, gebruikmaken van de toenemende toevoer van zonne- en windenergie om brandstoffen en schoon water te synthetiseren. Maar ondanks recente ontwikkelingen in elektrokatalysatoren en systeemontwerp is geen van de elektrochemische methoden uitgegroeid tot een marktleidende technologie in de energie- of watersector. Dat is te wijten aan een lage mate van procesintensivering. "Een hogere elektrische stroomdichtheid zonder dat dit ten koste gaat van de energie-efficiëntie is nodig, en dat kan alleen worden bereikt door het verbeteren van het massatransport."

David Vermaas zal een multiscale-benadering gebruiken om de beperkingen van het massatransport aan te pakken. Het doel is om het massatransport te begrijpen en te verbeteren met behulp van nieuwe concepten. De Vermaas groep zal bijvoorbeeld de diffusiebeperkingen aanpakken door het bestuderen van zogeheten suspension electrodes. De benadering, met in-situ metingen van lokale stroming en concentraties, zal gericht zijn op fundamenteel begrip van en controle over massatransport in de elektrochemie.