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Bitte wenden! Genderperspektiven als Beiträge zu einer transformativen Planung der Energiewende (Prof. Dr. Tanja Mölders)
No full textDie Professorin für Umweltplanung und Transformation Prof. Dr. Tanja Mölders beleuchtet in ihrem Vortrag, welches Potenzial geschlechtertheoretische Ansätze für die Analyse und Gestaltung räumlicher Transformationsprozesse bieten. Grundlagen des Vortrags bilden die theoretischen Zugänge und empirischen Erkenntnisse aus dem von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) geförderten Forschungsprojekt „Räumliche Transformationsprozesse der Energiewende – Planungsbezogene Analyse- und Gestaltungspotenziale der Geschlechterforschung“.
Der Vortrag von Prof. Dr. Tanja Mölders fand am 15. Januar 2026 am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) statt. Er ist Teil der Vortragsreihe Colloquium Fundamentale mit dem Titel „Watt jetzt? Energiewende zwischen Technologie und Teilhabe“.
Weitere Informationen: https://www.forum.kit.edu/colloquium_fundamental
Detection and Control of Electronic Orbital Magnetism by Spin Waves in Honeycomb Ferromagnets
No full textExploring the orbital degree of freedom has recently become a fascinating research topic in magnetism. We demonstrate that spin waves provide a way to control electronic orbital magnetism by the mechanism of scalar spin chirality, allowing for experimental detection using techniques such as the magneto-optical Kerr effect and scanning transmission electron microscopy. Using linear spin wave theory, we show that electronic magnon-driven orbital magnetization is highly sensitive to the character of magnonic excitations. The induced electronic orbital magnetism and the Nernst transport properties of the orbital angular momentum can be regulated by the strength of the Dzyaloshinskii–Moriya interaction and Kitaev interaction as well as by the direction and magnitude of the external magnetic field. Using first-principles calculations, we investigate the topological orbital susceptibility and magnon-related orbital properties in the ferromagnetic honeycomb material CrI3, highlighting their possible important role in real materials
Dielectric characterisation of solar salt for volumetric heating applications in Power-to-Heat-to-Power systems
No full textCarnot batteries, or Power-to-Heat-to-Power systems, rely on solar salt as a thermal energy storage medium and require efficient and controllable heating technologies. However, conventional resistive heating is constrained by the low thermal conductivity of solar salt, leading to temperature gradients, local overheating, and material degradation, which motivates the exploration of alternative volumetric heating approaches. In this context, this study evaluates the feasibility of microwave-based volumetric heating of solar salt by analysing its dielectric behaviour across both solid and molten states. Dielectric properties were measured using the cavity perturbation method at 912 MHz and 2.45 GHz with different sample volumes and electromagnetic field configurations. Under these conditions, the sharp increase in electrical conductivity in the molten state results in high effective dielectric losses that violate the small-perturbation assumption underlying this technique. Consequently, the microwave measurements were complemented by four-electrode electrochemical impedance spectroscopy from 100 Hz to 1 MHz up to 550°C to confirm the dominance of ionic transport mechanisms. The results show activation energies of 0.810 eV in the solid state and 0.148 eV in the liquid state, while extrapolated conductivities of approximately 160–170 S m correspond to microwave penetration depths of about 1.3 mm at 912 MHz and 0.8 mm at 2.45 GHz, providing an application-relevant measure of the interaction between molten solar salt and electromagnetic fields. These findings indicate that accurate dielectric characterisation of molten solar salt at microwave frequencies requires measurement systems specifically adapted to highly conductive liquids and suggest that effective microwave heating strategies may rely on solar salt-compatible ceramic materials combined with appropriately tailored electromagnetic field distributions
Simulation of NMC cathode particle fracture based on the multiphase-field method
No full textIntergranular cracking is considered a major cause of capacity fading in layered battery cathodes [2]. During intercalation and deintercalation of Li-ions, the highly anisotropic chemo-mechanical expansion of LiNiMnCoO (NMC811) primary grains within the agglomerate causes complex mechanical stress fields, triggering crack formation particularly during the initial cell charge cycle (cathode discharge) [2] [3, p.14] [4] [5, p.9]. A promising approach in grain engineering is correlated primary grain structures called rod-shaped morphologies, to which researchers [5, p.17] [6] allocate reduced anisotropic stress and cracking compared to common gravel-shaped morphologies. Building on previous work by Daubner et al. [1], this study examines spherical agglomerates in a 2D framework with a diameter of 10 μm. Using the multiphase-field method, it simulates chemo-mechanical lattice expansion and resulting cracking, beginning with an idealized, spatially homogeneous lithiation. This enables to analyze the effects of primary grain orientation and grain boundaries. Subsequently, Li-ion diffusion is modeled through a Potentiostatic Intermittent Titration Technique (PITT), with mechanical simulations conducted at times of interest. It is shown that strong grain misorientation causes tensile stress peaks in grain boundaries, while approximately parallel grain orientations instead lead to a local stress-reduction. This confirms the hypothesis of the above mentioned research and is reflected as well in the crack results, wherein cracking primarily occurs between unaligned grains. As a result, these regions have high intergranular crack densities, causing shattering into many fragments of the gravel-shaped agglomerate, while radially-aligned grains mostly stay coherent with lower crack densities.
References:
1. S. Daubner, M. Weichel, P.W. Hoffrogge, D. Schneider, B. Nestler, Modeling anisotropic transport in polycrystalline battery materials, Batteries, 2023, 9(6):310, Batteries
2. H. Liu, M. Wolf, K. Karki, Y.S. Yu, E.A. Stach, J. Cabana, K.W. Chapman, P.J. Chupas, Intergranular cracking as a major cause of long-term capacity fading of layered cathodes, Nano Letters, 2017, 17:3452–3457
3. V. Nagda, H. Ekström, A. Kulachenko, Impact of mechanical degradation in polycrystalline NMC particle on the electrochemical performance of lithium-ion batteries, Journal of The Electrochemical Society, 2024, 171:060526
4. H.C.W. Parks, A.M. Boyce, A. Wade, T.M.M. Heenan, C. Tan, E. Martínez-Pañeda, P.R. Shearing, D. J.L. Brett, R. Jervis, Direct observations of electrochemically induced intergranular cracking in polycrystalline NMC811 particles, Journal of Materials Chemistry A, 2023, 11:21322–21332
5. Z. Xu, M.M. Rahman, L. Mu, Y. Liu, F. Lin, Chemo-mechanical behaviors of layered cathode materials in alkali metal ion batteries, Journal of Materials Chemistry A, 2018, 6:21859–21884
6. C.S. Yoon, K. Park, U. Kim, K.H Kang, H. Ryu, Y. Sun, High-energy Ni-rich Li[NiCoMn]O cathodes via compositional partitioning for next-generation electric vehicles, Chemistry of Materials, 2017, 29:10436–1044
A new Software Driven external Sensor System for Industrial Robots
No full textFor decades, laser tracker and total stations have been the state of the art to measure externally the position disturbances in robotic systems. High system costs limit their usage for control systems in common production machines. We present details for an alternative software-driven approach. First, we derive a metrological error model for a new self-referencing, high-precision photogrammetry sensor system. Second, we propose a heuristic software approach, which combines an optical simulation pipeline, with motion planning and camera placement to achieve the best possible accuracy. Finally, we outline the hardware implementation and integration in a closed loop control system
Modified and updated numerical experiments to "Error analysis of the Strang splitting for the 3D semilinear wave equation with finite-energy data"
No full textFinite elements and moving asymptotes accelerate quantum optimal control—FEMMA
No full textQuantum optimal control is central to designing spin manipulation pulses. Gradient-based pulse optimization can be facilitated by either accelerating gradient evaluation or enhancing the convergence rate. In this work, we accelerated single-spin optimal control by combining the finite element method with the method of moving asymptotes. By treating discretized time as spatial coordinates, the Liouville–von Neumann equation was reformulated as a linear system, efficiently yielding a joint solution of the spin trajectory and control gradient. The method of moving asymptotes, relying on the ensemble fidelities and gradients, achieves rapid convergence for a target fidelity of 0.995
Interviews zur Sondierung der Zeitschriftenpublikationspraxis am KIT: Unterlagen und zugehörige Ergebnisse aus der zweiten Befragungsphase gemäß AP 3 des Projekts „Diamond Thinking“
No full textIm Rahmen des Projekts „Diamond Thinking“ wurden zwischen Oktober und November 2024 qualitative Interviews mit Herausgeberinnen und Herausgebern verschiedener wissenschaftlicher Zeitschriften durchgeführt. Die sieben ausgewählten Interviewpartnerinnen und -partner sind Mitglieder des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) und haben Erfahrung mit redaktionellen Prozessen in einer oder mehreren Zeitschriften.
Die durchgeführten Interviews waren Teil des Arbeitspakets (AP) 3 „Sondierung der Marktlage für DONAU4KIT.“ Die Gespräche fanden auf Englisch statt; dementsprechend liegen die Ergebnisse überwiegend in englischer Sprache vor. Die Teilnehmenden wurden zu ihren Erfahrungen sowie zu ihrem Kenntnisstand über aktuelle Entwicklungen im Bereich der Zeitschriftenpublikation und zu unterschiedlichen Open-Access-Modellen befragt.
Der vorliegende Bericht umfasst folgende Inhalte:
1. Annex 1: Tabelle mit Übersicht zentraler Interviewinhalte (EN)
2. Annex 2: Fragen- und Antwortmuster zum Interview (EN)
3. Annex 3: Muster der Einverständniserklärung (DE/EN
Optical permeability characterization and evolution of a natural single fracture
No full textDie Permeabilität des Untergrunds ist eine entscheidende Größe für die Machbarkeit vieler geowissenschaftlicher Anwendungen wie der oberflächennahen und tiefen Geothermie, der sicheren Endlagerung radioaktiver Abfälle, der Speicherung von Energieträgern (z.B. Wasser-stoff) und CO2 oder des Tunnelbaus. Die meisten dieser Anwendungen befinden sich in Tiefen-bereichen, in denen die Gesteine eine geringe Matrixpermeabilität aufweisen. Folglich findet der unterirdische Fluidfluss besonders in sekundären Strukturen wie Karst, Störungszonen oder Klüften statt. Letztere spielen vor allem in den zunehmend an Relevanz gewinnenden, oben aufgeführten, energierpolitischen Fragestellungen eine wichtige Rolle. Diese Arbeit fokussiert sich deshalb auf die Entwicklung neuartiger Ansätze und die Weiterentwicklung bestehender Methoden zur Charakterisierung der Permeabilität und Erforschung der zugrunde liegenden hydro-mechanischen Prozesse in natürlichen Einzelklüften.
Der erste Teil dieser Thesis beschäftigt sich mit der Weiterentwicklung von methodischen Ansätzen zur Permeabilitätsbestimmung einer Einzelkluft. Die erste Studie behandelt die digitale Abbildung von Kluftflächen, die die Grundlage für viele permeabilitätsbestimmende Methoden bildet. Hierzu werden ein tragbarer 3D-Laserscanner, ein kombiniertes System aus hochauf-lösendem 3D-Laserscanner und robotischem Arm sowie die photogrammetrische „Structure from Motion“-Methode verglichen und für ihren weiteren Einsatz in der Permeabilitätsbestimmung von Einzelklüften evaluiert. Mit der jeweils erzeugten Geometrie werden Durchflusssi-mulationen durchgeführt und mit experimentell ermittelten Luftpermeametermessungen kalibriert. Die Studie wie auch die gesamte Arbeit wurden an einer Schichtfuge in Flechtinger Sandstein, einem bekannten deutschen Reservoirgestein, durchgeführt. Die Ergebnisse zeigen, dass der tragbare Laserscanner die Kluftfläche nicht akkurat abbilden kann, was aufgrund seiner geringen Auflösung und Genaugkeit erklärt werden kann und somit für die Permeabilitätsbestimmung ungeeignet ist. Die beiden anderen Methoden können die Kluftfläche zwar hinrei-chend gut abbilden, weisen aber erhöhte Permeabilitätswerte verglichen mit den Kalibrationsdaten auf. Folglich wurde die initiale Kontaktfläche der Klüfte erhöht. Bei relativen Kontaktflächen von 5 – 7 % der Gesamtkluftfläche weist die Kluft eine übereinstimmende Permeabilität zu den Luftpermeametermessungen auf.
Aufbauend auf den Ergebnissen der ersten Studie wurde in der zweiten Studie die Kluftgeomet-rie als Grundlage dafür verwendet, eine topologische Methode zu entwickeln, die die Permeabilität ohne den Einsatz einer experimentellen Messung oder eines numerischen Modells abschätzen kann. Dafür wurde die Methode der persistenten Homologie ausgewählt, die zuvor schon für poröse Medien und Kluftnetzwerke eingesetzt worden war und mit Luftpermeametermessungen sowie numerischen Simulationen validiert wurde. Die persistente Homologie wurde an drei Datensätzen derselben Kluft mit unterschiedlicher Auflösung angewendet (200 μm, 100 μm
und 50 μm). Die Ergebnisse zeigen zum einen, dass die ermittelten Permeabilitäten in der Größenordnung der Validierungsdaten liegen. Zum anderen kann gezeigt werden, dass mit zunehmender Auflösung der relative Fehler zu den Validierungsdaten abnimmt. Bei Betrachtung der Qualität und der Zeitbeanspruchung zeigt sich jedoch, dass die Qualitätsteigerung bei einer Erhöhung der Auflösung von 100 μm zu 50 μm marginal ist, wohingegen sich die aufzubringende Analysezeit um 75 % verlängert.
Der zweite Teil der Thesis, der die dritte Studie umfasst, konzentriert sich auf die Änderung der Permeabilität durch Scherung der Kluft unter verschiedenen Normalspannungen. Hierzu wird eine neuartige Methode entwickelt, bei der ein mechanisches Diskrete-Elemente-Methoden (DEM)-Modell mit einem hydraulischen Finite-Elemente-Methoden (FEM)-Modell kombiniert wird. Dies ermöglicht eine realistische Abbildung des mechanischen Verhaltens der Einzelkluft in Simulationen von Scherversuchen sowie die Rekonstruktion der abgescherten Kluftflächen zu jedem Zeitpunkt des Scherversuchs. Die kombinierten Scherversuche wurden unter sechs Normalspannungsbedingungen simuliert (1,5 MPa – 15,0 MPa). Die Ergebnisse zeigen, dass drei hydraulische Regime unterschieden werden können: (1) Bei geringen Normalspannungen ( 4,5 MPa schließt sich die Kluft durch die Scherung hydraulisch, was vor allem mit der mechanischen Deformation der Kluft sowie der Bildung von Abriebmaterial erklärt werden kann. Es wird beobachtet, dass der Wechsel bei etwa 4,0 MPa genau der schwächsten mechanischen Gesteinseigenschaft, der maximalen Zugfestigkeit, die ebenfalls 4,0 MPa für Flechtinger Sandstein beträgt, eintritt
Augmenting End-to-End Congestion Control with Centralized Reinforcement Learning
No full textTraditional TCP congestion controls operate in a fully distributed, end-to-end manner. In the absence of explicit information about the network state, independently operating TCP flows must gradually and cautiously converge to high and fair rates.
We propose Coordinated Congestion Control (C3), a hybrid congestion control approach that augments conventional end-to-end control with periodic guidance from a centralized reinforcement learning (RL) agent. Leveraging a global network view, C3 coordinates congestion window adjustments across flows, improving throughput, reducing latency, and accelerating convergence to fair throughput allocations.
Our ns-3-based evaluations across diverse network scenarios show that C3-guided flows substantially improve latency and fairness over CUBIC and BBRv1, while maintaining high throughput even under challenging conditions for congestion control, including reverse-path congestion and non-congestion-related loss. Even infrequent C3 guidance already delivers significant performance gains