PHYSIKALISCHE MODELLIERUNG UND DIAGNOSTIK

Physikalische Modellierung und Diagnostik

Über

Physikalisch-mathematische Modellierung des Leistungs- und Alterungsverhalten von Elektroden und Zellen elektrochemischer Energiegeräte sowie modellgestützte Diagnosemethoden und -werkzeuge.

Forschungsthemen

Modellierung von porösen Elektroden
Struktur-Eigenschafts-Leistungs-Beziehungen für komplexe Materialien
Kopplung von Reaktion und Transport
nichtlineare Dynamik
Sensitivitätsanalyse und Parameteridentifikation

Kontakt

Dr. Thomas Kadyk

IEK-13

Gebäude 14.6y / Raum 5043

+49 2461/61-85485

E-Mail

Reaktiver Transport in elektrokatalystischen Materialien

Wir entschlüsseln das vielschichtiges Zusammenspiel von Transport und Reaktion elektrokatalytischer aktiver Elektrodenschichten.

Ziel: Entwicklung physikalischer Modelle zur Rationalisierung von Verteilungen des elektrostatischen Potenzials, der Spezieskonzentrationen, des Flüssigwasserdrucks und der Sättigung sowie der Flüsse von Reaktanten, geladenen Spezies, Produktspezies und Wasser. Wir verwenden diese Modelle zur Bewertung von Katalysatorschichten im Hinblick auf Leistung, Lebensdauer und wirtschaftliche Rentabilität.

Physikalische Modellierung und Diagnostik

Computergestützte Fluiddynamik in porösen Medien

Poröse Materialien wie aktive Elektroden, Gasdiffusions- oder poröse Transportschichten transportieren Reaktionsprodukte zu und von der katalytischen Oberfläche.

Ziel: Verständnis von Zweiphasenströmungsphänomenen inklusive Blasen- und Tröpfchenbildung und Transport in porösen Medien und über Grenzflächen zu benachbarten Schichten. Wir führen Simulationen des Zweiphasentransports mit Hilfe der numerischen Strömungsmechanik durch und koppeln sie mit makrohomogenen Leistungsmodellen.

Statistische physikbasierte Modellierung der Degradation von Elektrodenmaterialien

Wir entwickeln Ansätze zur Erforschung der Alterung und Degradation von elektrochemischen Energiematerialien.

Ziel: Verknüpfung von strukturverändernden Prozessen auf der Nano- bis zur Mikroskala mit Veränderungen der Makrostruktur, der Eigenschaften und der Leistung. Auf der Grundlage der Modellierung der Partikelpopulationsbilanz und der Perkolationstheorie leiten wir zeitabhängige effektive Eigenschaften von Elektrodenmaterialien ab, die zur Vorhersage von Modellen für die Lebensdauer und Leistung verwendet werden.

Frequenzgang-basierte Diagnostik

Dynamische Diagnosetechniken wie die elektrochemische Impedanzspektroskopie regen das System mit einem harmonischen Signal und analysieren Antwort

Ziel: Entwicklung sowohl linearer als auch nichtlinearer Frequenzgangmethoden unter Verwendung verschiedener Eingangs- und Ausgangssignale sowie analytischer und numerischer Analysemethoden. Diese Diagnosemethoden sind wichtige Instrumente für die Charakterisierung, die Herstellung und den Betrieb neuer Materialien, Komponenten, Zellen oder Stacks.

Parametrisierung und Testprotokolle

Anpassung von Leistungs- und Degradationsmodellen an experimentelle Daten zur Extraktion von Modellparametern.

Ziel: Entwicklung von Parametrisierungsstrategien, Optimierung von Kombinationen experimenteller Methoden und Erstellung von Testprotokollen im Hinblick auf diagnostische Anforderungen wie Parametergenauigkeit, Identifizierbarkeit von Mechanismen, Messzeit oder Kosten. Fortschrittliche Testprotokolle sind für die Charakterisierung während der Materialentwicklung, die Qualitätskontrolle während der Herstellung und die End-of-Line-Prüfung unerlässlich.