Theorie-basierte Modellierung
Batterien sind wie fast alle Produkte der modernen Technologie auf das Zusammenspiel mehrerer Längenskalen angewiesen. Die Quantenphysik regelt die Struktur und das Zusammenspiel einzelner Atome auf der Nanoskala. Die Modellierung von Batterien in der chemischen Verfahrenstechnik basiert auf der Modellierung des Elektrolyttransports in porösen Elektroden aus den 1970er Jahren. In den letzten Jahren wurden theoriebasierte Ansätze entwickelt, um die Genauigkeit und Vorhersagekraft der Simulationen zu verbessern.
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Strukturaufgelöste Simulation
Eine der Kernkompetenzen der Abteilung CEC ist die Entwicklung theoriebasierter Modelle für strukturaufgelöste Simulationen von Materialien, Elektroden und Zellen, die in elektrochemischen Speichern und Wandlern zum Einsatz kommen. Das übergeordnete Ziel der Abteilung CEC ist dabei die Anwendung solcher Modelle auf aktuelle Forschungsfragen. Dadurch kann ein detailliertes Verständnis der Auswirkungen von Strukturen auf die elektrochemischen Eigenschaften erlangt werden. Auf dieser fundierten Basis können Batterien und Brennstoffzellen bzw. Elektrolyseure gezielt hinsichtlich der typischen Kenngrößen wie Energiedichte, Leistungsdichte oder Lebenszeit optimiert werden. Dabei nutzt die Abteilung CEC verschiedene numerische Methoden, die zusätzlich in Kooperationen mit internen und externen Partnern für die Anwendung elektrochemischer Simulationen weiterentwickelt werden.
Volumengemittelte Zellmodellierung
Die Modellierung von Batterien in der chemischen Verfahrenstechnik basiert auf der Modellierung des Elektrolyttransports in porösen Elektroden aus den 1970er Jahren. Anstatt die Mikrostruktur der Elektroden aufzulösen wird dabei über diese Mikrostruktur gemittelt. So entsteht eine sehr schnelle Zellsimulation. Damit untersuchen wir die Mechanismen von Next-Generation Batterien, erforschen neuartige Modellierungsansätze für elektrochemische Grenzflächeneffekte und erproben datengetriebene Alogorithmen.