Modellierung, Simulation und Optimierung der Mikrostruktur mischleitender SOFC-Kathoden
Final Report Abstract
Die beiden Projektpartner konnten das Verständnis über mischleitende SOFC Kathoden erheblich vorantreiben. Dazu wurden einerseits Methoden entwickelt, um die Mikrostruktur realer Kathoden mit Hilfe einer kombinierten Focussed Ion Beam (FIB) / Rasterelektronenmikroskop (REM) Anlage adäquat zu rekonstruieren, quantifizieren und somit eine Bewertung der Mikrostruktur zu ermöglichen. Des Weiteren wurde ein präzises dreidimensionales FEM (Finite Elemente Methode)-Modell, welches alle relevanten Transportprozesse und Reaktionen in einer porösen, mischleitenden Kathodenstruktur abbildet, entwickelt. Das Modell ermöglicht es, den Polarisationswiderstand für beliebige Mikrostrukturen (auch direkt aus den rekonstruierten Mikrostrukturdaten) zu berechnen, die räumliche Verteilung der Sauerstoffreduktion in der dreidimensionalen Struktur zu analysieren und daraus die Ursachen für die bei der Sauerstoffreduktion auftretenden Verluste abzuleiten. Erstmals wurde damit die Vorhersage der Leistungsfähigkeit und Stabilität von Kathoden mit „beliebiger“ Mikrostruktur möglich. Weiterhin wurde ein stochastischer Mikrostrukturgenerator entwickelt, der es ermöglicht, gezielt realitätsnahe „künstliche“ Mikrostrukturen mit gewünschten mikrostrukturellen Eigenschaften zu erstellen, die ebenfalls mittels 3D-FEM-Modell der Simulation zugänglich gemacht werden können. Damit ist es möglich, „günstige“ mikrostrukturelle Eigenschaften zu identifizieren. Das gewonnene Verständnis der in der Kathode ablaufenden Prozesse und deren Beeinflussung durch die Mikrostruktur ermöglichen den Entwurf optimaler Kathodenstrukturen.
Publications
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