Anzeige 01.03.2022, 10:00 Uhr

Batterien & Brennstoffzellen schneller entwickeln und analysieren

Ob Akku oder Brennstoffzelle – für die Energiewende sind elektrochemische Stromspeicher und Wandler unverzichtbar. Rund um die Entwicklung immer besserer Zellen, Geräte und Technologien ist ein regelrechter Wettlauf entbrannt. Wer hier ganz vorne dabei sein möchte, benötigt effiziente Werkzeuge.

Temperaturverteilung in einem Akkupack-Modell aus 200 Einzelzellen. Foto: COMSOL

Temperaturverteilung in einem Akkupack-Modell aus 200 Einzelzellen.

Foto: COMSOL

Akkumulatoren sind eine etablierte Methode für die temporäre Speicherung von Energie, die bei Bedarf zu einem anderen Zeitpunkt abgerufen werden kann. Doch auch Brennstoffzellen, welche Energie in Form von Wasserstoff in elektrische Energie umwandeln, erleben gerade ein Comeback. Eng verbunden mit den Brennstoffzellen sind die Elektrolyseure, quasi Brennstoffzellen mit umgekehrtem Vorzeichen, welche eine kompakte Methode für die Erzeugung eben jenes Wasserstoffes bieten. Allen drei Geräten gemein ist, dass sie auf Elektrochemie und elektrochemischer Kinetik an Elektrodenoberflächen basieren. Andere Eigenschaften dieser Systeme, wie Transportprozesse, Thermomanagement-Anforderungen, oder die strukturelle Integrität, sind hingegen sehr unterschiedlich.

Stromdichteverteilung und Strömung in einer elektrochemischen Einheitszelle mit Drahtelektroden. Foto: COMSOL

Stromdichteverteilung und Strömung in einer elektrochemischen Einheitszelle mit Drahtelektroden.

Foto: COMSOL

Für die Entwicklung effizienter Akkus und neuer Brennstoffzellen-Technologien kann Multiphysik-Simulation eingesetzt werden. In Verbindung mit Experimenten ist Modellierung dazu geeignet, Prozesse und Geräte schneller, effizienter und genauer zu optimieren als experimentelle Methoden oder das Testen von Prototypen allein. Insbesondere elektrochemische Systeme lassen sich rein experimentell nur schwer analysieren. Validierte Modelle liefern Einblicke in die physikalischen und chemischen Prozesse, welche nur ungenau oder überhaupt nicht gemessen werden können. Voraussetzung dafür ist, dass die Modelle Multiphysik-Effekte einbeziehen können – also die Wechselwirkungen mit Strömungs-, Strukturmechanik-, Thermo-, oder beliebigen anderen physikalischen Prozessen.

COMSOL Multiphysics® ist eine universell einsetzbare Simulationssoftware, die in allen Bereichen des Ingenieurwesens, der Fertigung und der wissenschaftlichen Forschung verwendet wird. Mit dem Battery Design Module und dem Fuel Cell & Electrolyzer Module bietet COMSOL zwei dedizierte Add-On-Produkte für die Simulation elektrochemischer Energiespeicher und Wandler in der Forschung und Entwicklung, sowie die Möglichkeit, komplexe Simulationsmodelle zu einfach bedienbaren Simulations-Apps zu erweitern, welche in allen Abteilungen eines Unternehmens eingesetzt werden.

Beim COMSOL Day: Batteries & Fuel Cells dreht sich in Keynote- und Fachvorträgen, einer Podiumsdiskussion und Software-Demonstrationen alles um die Modellierung funktionaler Akkus, Brennstoffzellen und Elektrolyseure. Über den direkten Kontakt zu Anwendungsingenieuren erhalten Sie außerdem Antworten auf Ihre spezifischen Fragen. Einige der Sessions befassen sich mit den Features und Modulen, die in COMSOL Multiphysics® für die Modellierung dieser Systeme zur Verfügung stehen, während andere tiefer in die zugrunde liegende Physik eintauchen, die bei der Modellierung solcher Systeme berücksichtigt werden muss.

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