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Institut für Energie- und Klimaforschung
Theorie und computergestützte Modellierung von Energiematerialien (IEK-13)

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Materialien und Technologien für die Energiewende

Der Übergang zu nachhaltigen und hocheffizienten Technologien der Energieumwandlung und -speicherung, wie z.B. Brennstoffzellen, Elektrolysezellen (für Wasser oder CO2) und Batterien, ist von höchster Priorität für die globale Gemeinschaft. Die erfolgreiche Gestaltung dieses Übergangs hängt von funktional-optimierten, umweltverträglichen und finanziell tragbaren Materialien ab.  Mit der Fokussiering auf Theorie und computergestützte Modellierung von Energiematerialien leistet das IEK-13 essentielle Beiträge zum Grundlagenverständnis elektrochemischer Phänomene, zur Entwicklung und Charakterisierung maßgeschneiderter Materiallösungen, und zur Erprobung und Optimierung zukunftsfähiger Energietechnologien. Für die Erreichung dieser Ziele kommt ein breitgefächertes Methodenspektrum zum Einsatz, welches sich von quantenmechanischen Simulationen hin zu physikalisch-mathematischen Kontinuumsansätzen erstreckt. Dadurch können wir Struktur und Ladungstransfer an Grenzschichten und Transportprozesse in Multiphasen-Kompositmaterialien mit größtmöglicher räumlicher und zeitlicher Auflösung beschreiben, lokale  Reaktionsbedingungen und –mechanismen aufdecken und Relationen zu effektiven Eigenschaften und zur Performanz auf Zell- und Bauteilebene herstellen. Unser Forschungsprogramm bietet vielseitige Schnittstellen für die Modellevaluierung durch Vergleich mit Experimenten, den Wissenstransfer zu Materialdesign und -entwicklung, und die Erprobung und Analyse innovativer Materialien, Komponenten und Zellen unter realen Betriebsbedingungen. Komplementär entwickeln wir eine Plattform für Materialdesign unter Einsatz von Methoden der künstlichen Intelligenz.

Materialien und Technologien für die Energiewende

Fokus

Computergestützte Materialmodellierung

Computergestützte Materialmodellierung (CMM)

Die Abteilung Computergestützte Materialmodellierung konzentriert sich auf die Entwicklung und Anwendung von Simulationsmethoden auf atomarer und molekularer Ebene. Wir setzen diese Methoden für Untersuchungen der Struktur und Dynamik an elektrochemischen Grenzflächen und in nanoskaligen Materialien ein. Mehr: Computergestützte Materialmodellierung (CMM) …

Theorie von elektrochemischen Grenzschichten und Materialien

Theorie von elektrochemischen Grenzschichten und Materialien (TIM)

Die Theorie-Abteilung befasst sich mit der Entwicklung mathematisch-physikalische Formalismen zur Beschreibung von Materialphänomenen auf allen Längenskalen. Abstrakte Modelle werden formuliert und mit Ansätzen, die den grundlegenden physikalischen Disziplinen entstammen, gelöst.
Mehr: Theorie von elektrochemischen Grenzschichten und Materialien (TIM) …

Physikalische Modellierung und Diagnostik

Physikalische Modellierung und Diagnostik (PMD)

Um neuartige Energietechnologien zu ermöglichen, entwickeln wir ein grundlegendes Verständnis elektrochemischer Materialien, Komponenten und Apparate sowie Methoden für deren Entwicklung, Optimierung und Charakterisierung. Mehr: Physikalische Modellierung und Diagnostik (PMD) …


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