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Poröse Medien | Dr. Simon Thiele

Brennstoffzellen & Batterien

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Kompetenz

REM-Aufnahme Kohlenstoff

Wir entwickeln und optimieren Materialien für Energieanwendungen wie Brennstoffzellen und Batterien. Dabei verwenden wir Elektrospinning als vielseitige Methode, um hochporöse Materialien herzustellen. Zur Materialoptimierung werden 3D bildgebende Verfahren (tomographische Methoden) mit Simulationsmethoden kombiniert. Tomographische Methoden dienen zur Analyse dreidimensionaler Strukturen und deren Oberflächen- bzw. Grenzflächeneigenschaften. Verschiedene Simulationsmethoden für poröse Medien ermöglichen es, Aussagen über das Leistungspotential einer Struktur zu treffen. Materialherstellung, Tomographie und Simulation ergänzen sich hier bei der Leistungsoptimierung.

 

Anwendungsbeispiele

  • Herstellung von Brennstoffzellen- und Batterieelektroden durch Elektrospinning
    Elektrospinning ist ein vielseitiges Werkzeug zur Materialherstellung mit zahlreichen Anwendungsgebieten. Es kann zur Herstellung fibröser Materialen genutzt werden, weil Porositäten und Fiberdurchmesser im Nanometer-Bereich beliebig einstellbar sind.
  • Multiskalen-Tomographie für nano-poröse Brennstoffzellenelektroden
    Eine einzige tomographische Methode reicht nicht aus, ein hierarchisch strukturiertes Materialsystem wie eine Wasserstoffbrennstoffzellenkathode abzubilden. Für solche Materialsysteme sind Focused Ion Beam / Rasterelektronmikroskop-Tomographie und Transmissonselektronen-Mikroskopie-Tomographie geeignete Methoden, um sowohl den Porenraum als auch die Platin-Katalysatoren abzubilden.
  • Simulation von Transportprozessen in porösen Brennstoffzellenelektroden
    Leistungsrelevante oder leistungslimitierende Faktoren können durch computergestützte Simulationsverfahren untersucht werden. Für poröse Medien sind Simulationen jedoch häufig schwierig, da Rechengitter für komplexe Morphologien durch Rechnerkapazitäten beschränkt sind. Für die Simulation fluidischer Parameter wie Leitfähigkeiten, Diffusion oder Mehrphasenflüsse werden daher spezielle Werkzeuge gebraucht. In porösen Brennstoffelektroden sind Gasdiffusion wie auch Protonen- und Elektronenleitung wichtige Parameter für die Leistungseigenschaften, die durch Simulation vorhergesagt werden können.

 

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