Kontinuumsbasierte Modellierung elektrochemomechanischer Phänomene durch einen Variationsansatz mit Anwendung auf Feststoffbatterien

• Antragsteller: Dr.-Ing. Sebastian Stark
• Fachliche Zuordnung: Mechanik ; Mathematik ; Mechanische Eigenschaften von metallischen Werkstoffen und ihre mikrostrukturellen Ursachen ; Theoretische Chemie: Moleküle, Materialien, Oberflächen ; Thermodynamik und Kinetik sowie Eigenschaften der Phasen und Gefüge von Werkstoffen
• Förderung: Förderung von 2018 bis 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 405489278

Lithium-Ionen-Festkörperakkumulatoren stellen ein vielversprechendes Batteriedesign dar, welches eine Reihe von Vorteilen gegenüber flüssigelektrolytbasierten Lithium-Ionen-Akkumulatoren aufweist. Allerdings ist zu erwarten, dass noch erhebliche Anstrengungen erforderlich sind, um Probleme wie mechanische Degradation und unzureichende Entladungsraten von Lithium-Ionen-Festkörperakkumulatoren zu beseitigen. In diesem Zusammenhang kann eine Modellierung der maßgeblichen Phänomene zum vollständigen Verständnis sowie zur Reduzierung/Behebung der genannten Probleme beitragen. Das gegenwärtige Forschungsvorhaben zielt auf die Entwicklung und numerische Auswertung eines geeigneten elektrochemomechanischen Modellierungsansatzes auf der Kontinuumsebene ab, welcher sowohl auf der Makro- als auch auf der Mikroskale zum Einsatz kommen kann. Das Modell wird als ratenbasiertes Variationsprinzip formuliert. Hierdurch kann eine kompakte, thermodynamisch konsistente Formulierung erreicht werden. Weiterhin gestattet das Variationsprinzip die Anwendung robuster und effizienter numerischer Lösungsalgorithmen, welche im Rahmen des Projektes ebenfalls entwickelt werden. Die resultierende räumlich und zeitlich diskrete Formulierung wird zur Modellierung von Problemen angewendet, welche typischerweise im Zusammenhang mit Festkörperakkumulatoren auftreten. Hiermit soll die Voraussetzung für künftige systematische Studien von Eigenschaften von Lithium-Ionen-Festkörperakkumulatoren sowie deren Optimierung geschaffen werden.

• DFG-Verfahren: Forschungsstipendien
• Internationaler Bezug: Südafrika
• Gastgeber: Professor Daya Reddy