Dr. Wilhelmy VDE Preis 2025: Preisträgerinnen für Brennstoffzellen, sichere Netze und optische Chips ausgezeichnet

– Drei Ingenieurinnen erhielten am 26.11.2025 in Berlin den Dr. Wilhelmy VDE Preis für ihre Dissertationen.
– Die prämierten Arbeiten beschleunigen Lebensdauertests für Brennstoffzellen und machen Rechnernetze sicherer.
– Eine weitere Forschung ermöglicht die Integration von Lasern in optische Chips für die Glasfaser-Kommunikation.

Drei Spitzenforscherinnen erhalten Dr. Wilhelmy VDE Preis 2025

Der Dr. Wilhelmy VDE Preis 2025 zeichnet erneut herausragende Nachwuchswissenschaftlerinnen aus. Drei Ingenieurinnen erhielten die Auszeichnung für ihre exzellenten Dissertationen zu zentralen Zukunftstechnologien. Geehrt wurden Dr.-Ing. Miriam Schüttoff von der Universität Ulm, Dr.-Ing. Arezoo Zarif von der Technischen Universität Dresden und Dr.-Ing. Lisa Maile von der Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg.

Die Initiative zielt darauf ab, mehr Sichtbarkeit für junge Ingenieurinnen in der Elektro- und Informationstechnik zu schaffen. In einer Disziplin, die weiterhin männlich geprägt ist und dringend Nachwuchs sucht, fungieren die Preisträgerinnen als wichtige Vorbilder. Sie zeigen, wie erfolgreich Frauen an Schlüsselthemen für die digitale und nachhaltige Zukunft arbeiten. Der Preis wird jährlich von der Dr. Wilhelmy-Stiftung und dem VDE verliehen.

Die Preisträgerinnen beschreiben ihre Motivation und Arbeit in prägnanten Worten. Für Dr.-Ing. Miriam Schüttoff, deren Forschung die Entwicklung von Brennstoffzellen beschleunigt, war die Faszination klar: „Zu der Zeit hat mich der Wasserstoff gepackt“. Sie kombinierte in ihrer Promotion industrienahe und forschungsgetriebene Ansätze: „Ich habe zentrale Aspekte aus beiden Welten kombiniert, im Zentrum für Sonnenenergie- und Wasserstoffforschung Baden-Württemberg an großen Stacks beschleunigte Lebensdauertests entwickelt und mit einem eineinhalbjährigen Referenztest abgeglichen.“ Ihr praxisnaher Ansatz findet bereits Anwendung: „Das Verfahren ist so nah an der Praxis, dass mein Ansatz bereits bei einem führenden OEM eingesetzt wird.“

Dr.-Ing. Lisa Maile forschte an der sicheren und effizienten Auslegung von Echtzeit-Rechnernetzen, wie sie etwa in Fahrerassistenzsystemen zum Einsatz kommen. „Ein gutes Beispiel ist der elektronische Bremsassistent bei Vollbremsungen“, erklärt sie. Ihr Forschungsschwerpunkt lag auf der Vermeidung von Datenverlusten: „Es geht im Kern darum, dass Daten im System nicht zu lange in der Warteschlange – dem sogenannten Puffer – stehen dürfen, da sie sonst verloren gehen.“ Für sie ist ein vorausschauender Ansatz entscheidend: „Die zentralen Fragen lauten: Welche Verzögerungen können wir garantieren? Wie sind redundante Datenübertragungen zu organisieren? Welche Veränderungen am System sollen in Zukunft möglich sein? Wenn man diese Punkte im Sinne von Safety by Design gleich zu Beginn mitdenkt, lassen sich Datenverluste zuverlässig vermeiden.“ Ihre Arbeit wird sie fortsetzen: „Das ist natürlich klasse. Als Assistenz-Professorin an der Eindhoven University of Technology werde ich zudem weiter an Rechnernetzen arbeiten. Mein Ziel ist es, formale Methoden für die Praxis einsetzbar zu machen, um Wissenschaft und Industrie enger zusammenzubringen.“

Die dritte Preisträgerin, Dr.-Ing. Arezoo Zarif, arbeitete an der nächsten Generation optischer Chips für die Hochgeschwindigkeitskommunikation. „Das Ziel meiner Forschung war es, eine optische Isolation auf dem Siliziumchip zu realisieren. Sie ist die Voraussetzung für die Integration des Lasers, also der Lichtquelle, auf dem Siliziumchip, denn der Laser darf nicht von Rück-Reflexionen getroffen werden“, erläutert sie. Ihre Entwicklung zielt auf hohe Leistung und Massentauglichkeit ab: „Großrechner in der Industrie oder Telekommunikationsnetzwerke brauchen sehr hohe Datenraten. Wichtig war mir bei meiner Forschung, dass der entwickelte Chip die dafür notwendige Performance bringt und am Ende in Masse produziert werden kann.“ Auch in ihrem neuen Forschungsfeld, der Quantenkommunikation, bleibt das Ziel ähnlich: „Das ist ein sehr spannendes Feld, und natürlich geht es auch hier darum, einen leistungsstarken optischen Chip zu entwickeln.“

Der VDE, eine der größten Technologie-Organisationen Europas, vergibt den Preis im Rahmen seines umfassenden Engagements für Forschung und Nachwuchs.*

Brennstoffzellen: Tests beschleunigen, Praxisnähe sichern

Die Entwicklung von Polymer-Elektrolyt-Membran-Brennstoffzellen (PEMFC) steht vor einem zentralen Dilemma: Um ihre Lebensdauer zuverlässig vorherzusagen, sind Tests nötig, die in der Industrie oft mehrere Jahre dauern. Diese langen Prüfzyklen bremsen Innovationsprozesse erheblich. Gleichzeitig liefern isolierte Labortests an einzelnen Materialien oft keine aussagekräftigen Ergebnisse für den späteren Einsatz im Gesamtsystem. Die Forschung arbeitet daher intensiv an Methoden, diese Tests zu beschleunigen, ohne an Praxisrelevanz zu verlieren*. Ein Ziel ist es, sogenannte Accelerated Stress Tests (beschleunigte Belastungstests) zu entwickeln, die reale Alterungsprozesse in stark komprimierter Zeit simulieren.

Warum beschleunigte Tests wichtig sind

Schnellere, aber dennoch zuverlässige Testverfahren sind ein Schlüssel für die wirtschaftliche Serienfertigung von Brennstoffzellen. Sie ermöglichen es, neue Materialien und Designs in vertretbarer Zeit zu validieren, was Entwicklungskosten senkt und den Markteintritt neuer Technologien beschleunigt. Die Herausforderung liegt darin, die komplexen Degradationsmechanismen einer Brennstoffzelle korrekt abzubilden. Diese werden nicht nur durch das einfache „An-Aus“-Schalten beeinflusst, sondern maßgeblich durch Betriebsparameter wie Temperatur und Feuchte.

Forschungsergebnisse unterstreichen diese Komplexität. Wissenschaftler des Zentrums für Sonnenenergie- und Wasserstoff-Forschung Baden-Württemberg (ZSW) fanden heraus, dass der dynamische Betrieb einer PEMFC zu einer Degradation der Katalysator-Oberfläche und damit zu Leistungsverlust führt – ein Effekt, der durch geeignete Kontrollstrategien gemindert werden kann*.

Was Forschung 2024–2025 zeigt

Die wissenschaftliche Community treibt die Methodenentwicklung voran. Das Fraunhofer-Institut für Betriebsfestigkeit und Systemzuverlässigkeit LBF entwickelte eine Messmethodik zur Parametrisierung von PEMFC, mit der Test- und Prüfzeiten signifikant reduziert werden können (Stand: 2024)*. Solche Ansätze zielen darauf ab, die Materialermüdung präziser zu modellieren und so die Dauer physischer Tests zu verkürzen.

Einen international konsolidierten Überblick über den Stand der Technik bietet der Bericht des IEA AFC Annex 31 (Bericht 2025). Dieser fasst standardisierte Profile für beschleunigte Belastungstests zusammen und bewertet vielversprechende Materialinnovationen. Ein Beispiel ist eine spezielle PANI-Beschichtung für Katalysatoren: In ex-situ-Tests – also Tests außerhalb der vollständigen Zelle – verdoppelt diese Beschichtung die Katalysatorlebensdauer. Für die fertige Membran-Elektroden-Einheit (Catalyst Coated Membrane, CCM) wird eine etwa 20-prozentige Verlängerung der Lebensdauer erwartet.

Diese Fortschritte machen deutlich, dass der Weg zu praxistauglichen, beschleunigten Testverfahren interdisziplinär verläuft. Er verbindet Materialforschung, präzise Modellierung und die Validierung an kompletten Brennstoffzellen-Stacks, um die Entwicklung dieser Schlüsseltechnologie für die Wasserstoffwirtschaft entscheidend voranzubringen.

Rechnernetze: Echtzeit, Sicherheit, Standard-Integration

Die Digitalisierung von Fabriken und Fahrzeugen treibt die Anforderungen an die zugrundeliegende Kommunikationstechnik voran. Wo früher separate, spezialisierte Netzwerke für Steuerungs-, Video- oder Diagnosedaten sorgten, soll heute ein einheitliches System verschiedene Datenströme parallel und zuverlässig übertragen. Der internationale Standard Time Sensitive Networking (TSN) verspricht genau das: die garantierte Echtzeitkommunikation innerhalb eines einzigen Netzwerks. Die Forschung von Dr.-Ing. Lisa Maile zeigt jedoch, dass zwischen diesem theoretischen Versprechen und einer sicheren Praxisumsetzung erhebliche Hürden liegen.

Im Kern geht es um die Frage der Zuverlässigkeit. Ein elektronischer Bremsassistent in einem Auto oder eine Robotersteuerung in einer Fertigungsstraße darf sich nicht auf „wahrscheinlich“ funktionierende Netzwerke verlassen. Hier zählt jede Millisekunde. Die zentrale Herausforderung liegt in der Steuerung der Datenpuffer, auch Warteschlangen genannt. Datenpakete, die zu lange in diesen Puffern verweilen, veralten und werden nutzlos – im schlimmsten Fall gefährdet ihr Verlust die Sicherheit des gesamten Systems. Die Planung eines TSN-Netzwerks muss daher exakte Garantien für maximale Latenzzeiten geben und Strategien für redundante Datenübertragungen bereithalten, falls ein Weg ausfällt.

Maile verbindet in ihrer Arbeit die oft abstrakten formalen Methoden der Wissenschaft mit den pragmatischen Anforderungen der Industrie. Sie setzt sich dafür ein, dass Sicherheit von Anfang an mitgedacht wird – nach dem Prinzip Safety by Design.

Die praktische Umsetzung von TSN steht vor mehreren konkreten Aufgaben:

• Garantierte Latenzzeiten: Die Netzwerkarchitektur muss sicherstellen, dass kritische Daten ihr Ziel stets innerhalb einer definierten, extrem kurzen Zeitspanne erreichen.
• Management von Redundanz: Für ausfallsichere Systeme müssen Daten parallel über mehrere Pfade gesendet werden. Die Synchronisation und Auswahl dieser Pfade ist komplex.
• Hardware-Anforderungen: Die Echtzeitfähigkeit setzt voraus, dass Switches und Endgeräte die TSN-Protokolle präzise und konsistent unterstützen, was aktuelle Hardwaregrenzen testet.
• Flexibilität und Zukunftssicherheit: Netzwerke sollen anpassbar bleiben, ohne dass jede Änderung die gesamte Sicherheitsanalyse wiederholt erforderlich macht.

Durch ihre Forschung und ihre nun folgende Mitarbeit als Editorin in der zuständigen IEEE-Task Group trägt Maile direkt dazu bei, den TSN-Standard praxistauglicher und robuster zu gestalten. Ihr Ziel ist es, die Lücke zwischen theoretischer Modellierung und industrieller Anwendung zu schließen, damit die vernetzte Automation von morgen nicht nur effizient, sondern vor allem auch sicher funktioniert.

Das fehlende Puzzleteil: Laser auf Siliziumchips rücken näher

Die Vision ist klar: Hochleistungs-Chips, die Daten nicht mehr nur mit Elektronen, sondern auch mit Licht verarbeiten. Diese sogenannte Silizium-Photonik verspricht enorme Geschwindigkeitsvorteile, besonders für die Glasfaserkommunikation und Rechenzentren. Ein zentrales Hindernis auf diesem Weg war lange Zeit die Integration der Lichtquelle selbst – des Lasers – direkt auf den Siliziumchip. Externe Laser zu nutzen, ist aufwändig, teuer und limitiert die Miniaturisierung. Deutsche Forschungseinrichtungen melden nun entscheidende Fortschritte, die diese letzte große Hürde überwindbar erscheinen lassen.

Technische Hürden und jüngste Durchbrüche

Die Herausforderung ist materialbedingt. Reines Silizium eignet sich aufgrund seiner Kristallstruktur schlecht für die effiziente Lichterzeugung, die für Laser nötig ist. Forschende experimentieren daher mit alternativen Materialien, die sich mit den etablierten Silizium-Fertigungsprozessen vereinbaren lassen.

Einen vielversprechenden Weg verfolgt das Forschungszentrum Jülich. Ein Team entwickelte den ersten elektrisch gepumpten, kontinuierlichen Halbleiterlaser aus Germanium-Zinn-Legierungen, der für Siliziumchips tauglich ist (Stand: Dezember 2024). Dieser Laser arbeitet stabil bei einer Temperatur von 90 Kelvin (–183 °C). Diese tiefe Betriebstemperatur markiert einen wichtigen experimentellen Meilenstein, zeigt aber auch, dass für einen praxistauglichen Einsatz unter Raumtemperatur noch weitere Entwicklungsarbeit nötig ist. Die Ergebnisse wurden im Dezember 2024 in der Fachzeitschrift Nature Communications publiziert.

Parallel dazu forscht das Karlsruher Institut für Technologie (KIT) an einem anderen Ansatz. Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern gelang 2024 die Integration organischer Laser auf Silizium-Photonik-Chips. Organische Materialien bieten den Vorteil, dass sie sich leicht auf verschiedene Substrate aufbringen und in ihren optischen Eigenschaften maßschneidern lassen. Dieser alternative Pfad könnte neue Möglichkeiten für spezifische Anwendungen eröffnen.

Einen anwendungsorientierten Blick verfolgt die Technische Universität Dresden. Hier läuft das Projekt »DIMENSION«, das auf die Entwicklung neuartiger, laserbasierter Kommunikationschips auf Siliziumbasis abzielt. Die Forschung in Dresden knüpft an grundlegende Erkenntnisse an, wie sie auch die Preisträgerin des Dr. Wilhelmy VDE Preises 2025, Dr.-Ing. Arezoo Zarif, erarbeitet hat. In ihrer Dissertation an der TU Dresden löste sie ein Schlüsselproblem: „Das Ziel meiner Forschung war es, eine optische Isolation auf dem Siliziumchip zu realisieren. Sie ist die Voraussetzung für die Integration des Lasers, also der Lichtquelle, auf dem Siliziumchip, denn der Laser darf nicht von Rück-Reflexionen getroffen werden“, erklärt Zarif. Ihr gelang dies durch die Integration eines speziellen Mikroringmodulators. Dieser schützt den später integrierten Laser und macht externe Bauteile überflüssig, was Platz, Energie und Kosten spart.

Die chronologische Abfolge dieser Meldungen – vom KIT über Jülich bis zur anwendungsnahen Forschung in Dresden – unterstreicht die Dynamik des Feldes. Die Integration des Lasers, lange das „fehlende Puzzleteil“ der Silizium-Photonik, scheint damit in greifbare Reichweite zu rücken. Die verschiedenen Ansätze zeigen, dass die Lösung nicht einen einzigen Königsweg geben muss, sondern dass unterschiedliche Materialien und Technologien je nach Anforderungsprofil zum Ziel führen können.

Forschung mit Signalwirkung: Vom Labor in die Gesellschaft

Die prämierten Dissertationen des Dr. Wilhelmy VDE Preises widmen sich fundamentalen technologischen Bausteinen, die unsere Gesellschaft in den kommenden Jahrzehnten prägen werden*. Die Arbeiten von Schüttoff, Maile und Zarif zeigen exemplarisch, wie ingenieurwissenschaftliche Spitzenforschung direkt in zentrale Zukunftsfelder hineinwirkt*.

Die beschleunigte Entwicklung zuverlässiger Brennstoffzellen ist ein Schlüssel für die Energie- und Verkehrswende. Sichere und effiziente Rechnernetze bilden das Rückgrat der digitalen Infrastruktur, von der Industrieautomation bis zum autonomen Fahren. Und leistungsfähige, integrierte optische Chips sind die Voraussetzung, um den wachsenden Datenratenbedarf in Telekommunikationsnetzen und Rechenzentren zu bewältigen. Diese Themen sind eng mit den Megatrends Dekarbonisierung, Digitalisierung und Industrie 4.0 verknüpft. Die Forschungsergebnisse der Preisträgerinnen liefern hier konkrete Lösungsansätze: von praxisnahen Testmethoden für Wasserstofftechnologien über Werkzeuge für den sicheren Netzwerkentwurf bis hin zu Chip-Architekturen für die Hochleistungsdatenübertragung*.

Die öffentliche Auszeichnung solcher Leistungen erfüllt dabei eine doppelte Funktion. Sie lenkt die Aufmerksamkeit auf die gesellschaftliche Relevanz der Elektro- und Informationstechnik. Gleichzeitig schaffen die Preisträgerinnen als sichtbare Role Models wichtige Vorbilder für den wissenschaftlichen Nachwuchs, insbesondere für junge Frauen in einer noch immer männlich dominierten Disziplin. Diese Sichtbarkeit ist ein wirksames Instrument, um Talente zu fördern und zu zeigen, dass Karrieren in der Spitzenforschung und -entwicklung vielfältig und erfolgreich gestaltet werden können.

Der Blick nach vorn zeigt klare Entwicklungspfade auf. Die nächsten Schritte liegen in einer verstärkten und institutionalisierten Zusammenarbeit zwischen universitärer Forschung und industrieller Anwendung. Für die Brennstoffzellenforschung bedeutet dies die Etablierung standardisierter, beschleunigter Testmethoden, um Innovationszyklen weiter zu verkürzen. Im Bereich der Silizium-Photonik geht es nun darum, die im Labormaßstab demonstrierten Fortschritte in skalierbare und kosteneffiziente Fertigungsprozesse zu überführen. Die Weichen, die mit dieser Grundlagenforschung gestellt werden, bestimmen maßgeblich, wie schnell und zuverlässig Zukunftstechnologien bei uns ankommen.

Die hierin enthaltenen Informationen und Zitate stammen aus einer Pressemitteilung des VDE Verband der Elektrotechnik Elektronik Informationstechnik e.V.

Weiterführende Quellen:

• „Das Fraunhofer LBF entwickelt eine Messmethodik zur Parametrisierung von Polymer-Elektrolyt-Membran-Brennstoffzellen (PEMFC), mit der Test- und Prüfzeiten signifikant reduziert werden können (Stand 2024).“ – Quelle: https://www.lbf.fraunhofer.de/de/presse/presseinformationen/brennstoffzellen-lebensdauer-modellierung-materialverhalten-pem.html
• „Das Zentrum für Sonnenenergie- und Wasserstoff-Forschung Baden-Württemberg (ZSW) zeigt, dass dynamischer Betrieb von PEM-Brennstoffzellen zu Degradation der Katalysator-Oberfläche und Leistungsverlust führt, was eine Kontrollstrategie zur Vermeidung kritischer Betriebszustände erfordert (Stand 2024).“ – Quelle: https://www.zsw-bw.de/projekt/brennstoffzellen/dynamischer-betrieb-von-pem-brennstoffzellen.html
• „Die Internationale Energieagentur (IEA) AFC Annex 31 entwickelte Accelerated Stress Test-Profile und zeigte, dass eine PANI-Beschichtung des Kohlenstoffträgers die Katalysatorlebensdauer in Ex-situ-Tests verdoppelt und eine zirka 20%ige Verlängerung der CCM-Lebensdauer zu erwarten ist (Bericht 2025).“ – Quelle: https://nachhaltigwirtschaften.at/resources/iea_pdf/schriftenreihe-2025-62-iea-afc-annex-31.pdf
• „Das Forschungszentrum Jülich entwickelte den ersten elektrisch gepumpten, kontinuierlichen Halbleiterlaser aus Germanium-Zinn-Legierungen für Siliziumchips, der stabil bei 90 Kelvin arbeitet und damit einen Meilenstein für die Silizium-Photonik setzt (Stand Dezember 2024).“ – Quelle: https://www.fz-juelich.de/de/aktuelles/news/pressemitteilungen/2024/das-letzte-fehlende-puzzlestueck-fuer-die-silizium-photonik
• „Nature Communications (Dezember 2024) veröffentlichte die peer-reviewte Studie über den kontinuierlichen elektrisch gepumpten Multi-Quantum-Well-Laser auf Basis von Group-IV-Halbleitern des Forschungszentrums Jülich (DOI: 10.1038/s41467-024-54873-z).“ – Quelle: https://www.fz-juelich.de/de/aktuelles/news/pressemitteilungen/2024/das-letzte-fehlende-puzzlestueck-fuer-die-silizium-photonik
• „Das Karlsruher Institut für Technologie (KIT) integrierte organische Laser erstmals auf Silizium-Photonik-Chips und veröffentlichte diese Entwicklung in Nature Communications (Stand 2024).“ – Quelle: https://www.kit.edu/kit/19482.php
• „Die Technische Universität Dresden leitet das Forschungsprojekt »DIMENSION« zur Entwicklung neuer laserbasierter Kommunikationschips auf Siliziumbasis (Stand 2024).“ – Quelle: https://tu-dresden.de/tu-dresden/newsportal/news/news_1-1