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Modellierung

Head: Team Modellierung

Verbesserte Herstellungsverfahren und Eigenschaften von Materialien Durch Modellierung
Das Modellierungsteam konzentriert sich auf die Simulation der Herstellungsverfahren und der Eigenschaften von Materialien, insbesondere derjenigen, die für Energieumwandlungs- und -speichersysteme interessant sind. Um dieses Ziel zu erreichen, entwickeln und verwenden wir sowohl DFT, Thermodynamik, Kinetik und Kontinuumsansätze.

Herstellungsverfahren
Moderne Verarbeitungsrouten erfordern ein tiefes theoretisches Verständnis der zugrundeliegenden physikalischen Prozesse. Mit Hilfe von theoretischen Beschreibungen und Simulationen können Einblicke in die Prozesse gewonnen werden, die für die Entwicklung und Fertigungsrouten technischer Materialien entscheidend sind. Dabei liegt ein besonderes Augenmerk auf die Mikrostruktur und Materialeingenschaften für die spezifischen Anwendungen. Zu den theoretischen Beschreibungen gehören die Simulation von Strömungsfeldern von Plasmastrahlen mit Computational Fluid Dynamics (CFD), die Kopplung von elektrischen, thermischen und mechanischen Feldern beim feldunterstützten Sintern mit Finite-Elemente-Methode (FEM) und die Simulation von Mikrostrukturentwicklungen mit Monte-Carlo-Methoden.

Eigenschaften
Die Gesamtleistung eines Bauteils wird durch die Eigenschaften des Kristallgitters, der Oberflächen, der Korngrenzen, der Partikel und der Mikrostruktur bestimmt. Beispielsweise wird die mikrostrukturelle Rissbildung von Li-Ionen-Batteriekathoden durch nicht-monotone Gitterparameteränderungen ihres Kristalls und die Instabilität der Korngrenzen während der Ladung/Entladung bestimmt. Durch die Kombination von DFT Berechnungen und kontinuumsmechanischen Simulationen können wir den Mechanismus der Rissbildung in Mikrostrukturen von Kathodenmaterialien modellieren und untersuchen. Durch die Untersuchung des Einflusses von Designparametern sowie der Werkstoffeigenschaften auf die Betriebsleistung können die Komponenten optimiert und anschließend experimentell hergestellt werden.

Infrastruktur
Neben der Nutzung externer Supercomputer betreiben wir einen eigenen Rechencluster (320 Kerne und 3,2 TB RAM) und verschiedene Workstations. Die wichtigsten thermo-mechanischen Materialeigenschaften und Sinterparameter können mit unseren eigenen Geräten gemessen werden.


Anschrift

Institut für Energie- und Klimaforschung (IEK-1)
Werkstoffsynthese und Herstellungsverfahren

Forschungszentrum Jülich GmbH
Wilhelm-Johnen-Straße
52428 Jülich