Forscher simulieren Lithium-Ionen-Batterien

Karlsruhe – Die Batterietechnik ist aktuell eines der bedeutendsten Forschungsfelder im Energiesektor. Dazu entwickeln Forscher nun ein Werkzeug, mit dessen Hilfe simuliert werden kann, wie sich Batterien im Betrieb verhalten.

Die Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) richtet am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) ein neues Graduiertenkolleg ein. In dem Graduiertenkolleg arbeiten Doktorandinnen und Doktoranden an Modellen, mit denen sich simulieren lässt, wie sich Unterschiede im inneren Aufbau auf das Verhalten der Batterien im Betrieb auswirken.

Simulationsmethoden bilden Batterie-Prozesse ab
Das Projekt mit dem Namen „SiMET“, Simulation mechanisch-elektrisch-thermischer Vorgänge in Lithium-Ionen-Batterien, startet 2017 und wird für zunächst viereinhalb Jahre gefördert. Die Forscher entwickeln im Rahmen interdisziplinärer Doktorarbeiten Modelle und numerische Simulationsmethoden, die die eng miteinander verknüpften mechanisch-elektrisch-thermischen Prozesse in Lithium-Ionen-Batterien abbilden. Solche Simulationsmethoden bilden ein wichtiges Werkzeug für die weitere Entwicklung effizienter und leistungsfähiger Batteriesysteme.

Modelle decken ingenieurtechnische Fragestellungen ab
Die Modelle zielen auf ein breites Spektrum ingenieurtechnischer Fragestellungen ab. So soll sich unter anderem das elektrische Betriebsverhalten der Batterien in einem großen Temperaturbereich simulieren lassen. Auch ist es möglich, die Wirkung verschiedener innerer Strukturen auf die Leistungsfähigkeit der Zellen zu untersuchen. Ergänzend zur modellgestützten Simulation bietet SiMET einen direkten Zugang zu experimentellen Möglichkeiten von der Computertomographie bis zu komplexen elektrochemischen und thermischen Messverfahren. Die Experimente dienen dazu, Parameter zu bestimmen und die Modelle zu validieren.

„SiMET wird durch eine enge Zusammenarbeit zwischen den beteiligten Ingenieur- und Naturwissenschaften mit ihren vielfältigen Sichtweisen geprägt. Wir sind überzeugt, dass so beste Voraussetzungen für die Gewinnung neuer Erkenntnisse und die Entwicklung neuer Methoden durch die Promovierenden entstehen“, erklärt der Projekt-Sprecher Professor Thomas Wetzel, Leiter des Bereichs Wärme- und Stoffübertragung am Institut für Thermische Verfahrenstechnik des KIT.