Zukunftsweisende elektrochemische Energiespeicherung

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Theorie

In diesem Forschungsfeld beschäftigen sich die Wissenschaftler des HIU mit der theoretischen Beschreibung von Prozessen, die in Batterien (z. B. bei Lade- oder Entladevorgängen) ablaufen. Modelliert werden die Zusammensetzung und das Verhalten von Strukturen, um Materialeigenschaften, die für die elektrochemische Energiespeicherung relevant sind, abschätzen zu können. So wird etwa die Bildung von Strukturen durch chemische Prozesse auf atomarer Ebene simuliert. Gleichzeitig untersuchen sie die Funktionsweise von Batterien auf der Systemebene, um beispielsweise das Lade- und Entladeverhalten vorab zu berechnen. Aufgrund der steigenden Computerleistungen sind die Wissenschaftler befähigt durch umfangreiche Rechenalgorithmen sich der realistischen Beschreibung von Prozessen immer weiter anzunähern. Simulationen und Modellierungsalgorithmen dienen dazu, ein besseres Verständnis der in den Batterien ablaufenden elektrochemischen Prozesse zu erlangen. Die Forscher nutzen diese nicht nur um Sachverhalte zu erklären, sondern auch um Vorhersagen zu treffen, die signifikant zur Verbesserung der Material- oder Batterie-Eigenschaften beitragen. Dadurch kann die Anzahl der Experimente, die für die Entwicklung von Energiespeichern notwendig ist, deutlich reduziert werden. Daher arbeiten am HIU Theoretikerinnen und Experimentatoren sehr eng zusammen.

Multiskalen-Modellierung

Die Gruppe Multiskalen-Modellierung sagt die chemischen Prozesse, die während des Lade- und Entladevorgangs von Energiespeichern auf sehr unterschiedlichen Zeit- und Längenskalen stattfinden, mithilfe verschiedener Methoden und Verfahren vorher.

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Elementare Prozesse

Die in Batterien auf atomarer Ebene ablaufenden Prozesse und Strukturen, insbesondere an Grenzflächen, werden in der Gruppe Elementare Prozesse mit modernen quantenchemischen Verfahren, insbesondere auf der Basis der Dichtefunktionaltheorie, untersucht.

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Multiphysikalische Modellierung

Um ein tiefergehendes Verständnis der zu Grunde liegenden physikalischen, chemischen und strömungsmechanischen Vorgänge zu erlangen, entwickelt die Forschungsgruppe Multiphysikalische Modellierung Multi-Skalen- und „Multi-Physik“-Modelle.

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