IAM - Werkstoffe der Elektrotechnik

Einfluss der Mikrostruktur auf die Leistungsfähigkeit von gemischtleitenden Kathoden

  • Forschungsthema:Brennstoffzellen
  • Typ:Diplomarbeit
  • Betreuer:

    Dipl.-Ing. Bernd Rüger, Dr. Thomas Carraro (NumHPC)

  • Bearbeiter:

    Jochen Joos (IWE, NumHPC)

Beschreibung

Forschungsbereich

Brennstoffzellen

Ausrichtung

 Experimentell 
 Elektrische Charakterisierung 
 Werkstoffanalytik
 Werkstoffpräparation 
 Entwicklung von Messtechnik
 Modellierung
 Simulation
 Programmierung
 Literatur und Recherche

Studiengang

 Elektro- und Informationstechnik 
 Maschinenbau
 Verfahrenstechnik
 Chemieingenieurtechnik
 Chemie
 Physik 
 Technomathematik
 Informatik 
 Wirtschaftsingenieurwesen

Einstieg

Ab sofort

Links

http://www.hyweb.de/
http://www.sofc.de/
http://www.hiflow.de/

Ansprechpartner

Dipl.-Ing. Bernd Rüger
Raum 333
Tel: +49 (0)721 / 608-7565
E-Mail:
bernd ruegerCkh2∂iwe uni-karlsruhe de

 

Motivation

Gemischtleitende Materialien (d.h. ionisch- und elektronisch leitend), wie LSC (La0.5Sr0.5Co1O3-δ), werden für die Kathoden von Hochtemperatur Brennstoffzellen verwendet, da sich mit diesen Materialien leistungsfähige Elektroden realisieren lassen. Die Leistungsfähigkeit der Elektroden wird dabei sowohl von den Materialparametern als auch von der Mikrostruktur entscheidend beeinflusst.

Am IWE wurde ein dreidimensionales FEM-Modell für gemischtleitende Kathoden entwickelt und in COMSOL Multiphysics umgesetzt. Das Modell berechnet, basierend auf einer nachgebildeten Mikrostruktur und den Materialparametern, die Leistungsfähigkeit der Elektrode. Im Modell können nur Elektrodenstrukturen berücksichtigt werden, welche aus gleich großen Partikeln aufgebaut ist.

Ziel ist die Untersuchung von komplexeren Mikrostrukturen. Ein Beispiel hierfür ist im Bild zu sehen: eine Dünnschichtkathode (blau) infiltriert eine fraktale Elektrolytstruktur (gelb). Zur Berechnung eines Modells, mit dem sich solch komplexe Mikrostrukturen untersuchen lassen, ist der Einsatz von Hoch-leistungsrechnern notwendig. Die Implementierung des Modells in HiFlow ist hierfür vorteilhaft, da spezielle Programmteile vorhanden sind, die es erlauben eine massiv parallelisierte Berechnung in 3D durchzuführen. Das Modell wird momentan in der Arbeitsgruppe „Numerische Verfahren auf Hochleistungsrechnern“ am Rechenzentrum erstellt.

Aufgabenstellung

Das Ziel Ihrer Arbeit ist die Untersuchung der Leistungsfähigkeit von gemischtleitenden Kathoden mit einer komplexen Mikrostruktur. Dafür wird ein in HiFlow erstelltes Modell verwendet. Im einzelnen sind folgende Punkte zu bearbeiten:

  • Einarbeiten in die Modellierung von gemischtleitenden Kathoden und die mit COMSOL Multiphysics erzielten Ergebnisse.
  • Validation des HiFlow Modells und Ergänzung um einen geeigneten Geometriegenerator.
  • Durchführung numerischer Untersuchungen zur Konvergenz, Modelgröße und Auflösung.
  • Untersuchung der Wechselwirkung zwischen Mikrostruktur und Leistungsfähigkeit.

Hinweise

Wir bieten Ihnen hervorragende Betreuung und die Möglichkeit in einem interdisziplinären Team mitzuarbeiten. Den Schwerpunkt können Sie nach Ihrer Qualifikation und Neigung mit Ihrem Betreuer absprechen. Für Studienarbeiter wird der Umfang der Arbeit sinnvoll gekürzt. Nähere Auskünfte erhalten Sie jederzeit bei Ihrem Ansprechpartner .