Teilprojekte

Stochastische Strukturmodellierung (Universität Ulm)

Auf Basis von experimentellen 3D-Bilddaten werden neue und gealterte Elektrodenmorphologien in einem realistischen (stochastischen) 3D-Strukturmodell abgebildet. Strukturell segmentierte 3D-Bilddaten verschiedener Bildgebungstechniken werden hierzu in einem mehrskaligen Modell statistisch erfasst und damit zusammengeführt. Degradationseffekte inkl. entstehender neuer Phasen (z.B. Li-Plating) werden für gealterte Elektroden integriert und ermöglichen die Validierung der mathematisch-physikalischen Modellierung, die von den Projektpartnern umgesetzt wird. (mehr ...)

Kontinuumsmodellierung (DLR am Helmholtz Institut Ulm)

In diesem Teilprojekt werden partielle Differentialgleichungs-Modelle zur Beschreibung des Transports und der elektrochemischen Reaktionskinetik in einer mehrphasigen, multiskaligen Mikrostruktur einer Li-Ionen-Batteriezelle entwickelt. Die Modellierung baut auf einem etablierten Transportmodell für eine konventionelle dreiphasige Li-Ionen-Batterien auf, bestehend aus Aktivpartikeln der Anode und der Kathode sowie einem Flüssigelektrolyten. Im Fokus steht die Einbeziehung von zusätzlichen Minoritätsphasen, die für die Funktionalität der Batterie von größter Bedeutung sind. Hierbei konzentrieren wir uns auf eine zusätzliche metallische Li-Phase in der Anode, die bei einem der wichtigsten Degradationsphänomene, dem Lithium-Plating, entsteht. (mehr ...)

Multiskalen-Numerik (Fraunhofer ITWM)

Ziel ist die Entwicklung numerischer Algorithmen für die im MULTIBAT-Projekt entwickelten Batterie-Modelle, welche auf den ebenfalls im Projekt erstellten, vernetzten Geometrien gelöst werden. Ein Teil der Arbeit umfasst die Erweiterung der derzeit in der Software BEST implementierten Algorithmen von zweiphasigen auf mehrphasige Materialien. Hierfür werden bestehende Algorithmen für statische Geometrien in BEST als Grundlage für die Entwicklung von Algorithmen mit zeitlicher Änderung der Geometrie genutzt. Zur Beschleuning der Berechungen werden in einem weiteren Teil multiskalen Finite-Elemente- sowie multiskalen Finite-Volumen-Methoden für die gegebenen Modelle entwickelt.

Modellreduktion (Universität Münster)

Ziel dieses Teilprojekts ist die Entwicklung, numerische Analysis, Implementierung und Validierung effizienter Modellreduktionsverfahren zur Simulation von zwei- und dreiphasigen Multiskalenproblemen auf statischen Mikrogeometrien sowie deren Anwendung zur Simulation von Degradierungsprozessen von Li-Ionen-Batterien. Neben der Methodenentwicklung steht eine a posteriori Fehleranalyse und die Verwendung der resultierenden Fehlerschätzer zur Konstruktion der reduzierten approximierenden Räume, sowie die Implementierung und Validierung des Modellreduktionsansatzes im Fokus dieses Teilprojekts.

Algorithmenintegration, Softwareschnittstellen
und Validierung (Fraunhofer ITWM)

In diesem Teilprojekt sollen die verschieden-skaligen und verschieden-dimensionalen mathematischen Algorithmen und Modelle, die im Rahmen des Projekts entwickelt werden, zu einer mathematischen Simulationsmethode zur Degradationsprädiktion von Li-Ionen-Batterien integriert werden. Hierbei wird beispielsweise an die an der WWU schon vorhandenen Schnittstellen für klassische RB-Methoden angeknüpft und Erweiterungen bzw. neue Schnittstellen geschaffen. Zudem werden aufbauend auf den am ITWM vorhandenen prototypischen Schnittstellen der Software BEST und der Plattform CoRheoS die im Projekt entwickelten Modelle für die Multiskalen-Numerik und Modellreduktion verfügbar gemacht.