Realistische Mikrostrukturen für Feststoffbatteriekathoden generieren - schnell und zuverlässig

Aufgrund ihrer großen Energiedichte und Sicherheit sind Feststoffbatterien (ASSBs) aussichtsreiche Kandidaten für Energiespeichersysteme der nächsten Generation. Ihre Leistungsfähigkeit wird dabei stark von der 3D Mikrostruktur der Elektroden beeinflusst. Diese sind experimentell schwer zu analysieren, da sie dabei empfindlich auf Sauerstoff und Feuchtigkeit reagieren und giftige Gase ausscheiden. Die digitale Mikrostrukturgenerierung hilft dabei passende Mikrostrukturen zu ermitteln ohne die Notwendigkeit von Laboruntersuchungen.

Durch die Nutzung fortschrittlicher stochasticher geometrischer Modellierung, generiert die GeoApp Solid State Battery Cathode Generation realistische Kathoden-Mikrostrukturen, die aus Aktivmaterial, Festelektrolyt und Porenraum bestehen. Sie nutzt einen Ansatz mittels Gaußscher Zufallsfelder und bietet eine effiziente Alternative zu klassischen Partikelpackungsmethoden:

• Präzise Steuerung der Feststoffvolumenanteile und des Benetzungsverhaltens.
• Großangelegte Parameterstudien mit realistischer Variabilität möglich.
• Vordefinierte Parameter, die speziell an die Anwendung für Feststoffbatteriekathoden angepasst sind, vorhanden.

Das Ergebnis sind physikalisch aussagekräftige, anpassbare 3D-Strukturen, die für virtuelle Tests, Bildanalysen und multiphysikalische Simulationen bereit stehen, um so virtuell den Einfluss von Mikrostrukturvariationen auf die Leistung der Batterie zu untersuchen. 

Passende Materialparameter können aus der GeoDict Materialdatenbank gewählt werden.

Der verwendete Ansatz ist nicht auf die Generierung von Feststoffbatteriekathoden beschränkt. Ein ähnlicher Ansatz, maßgeschneidert für Festoxidelektroden bzw. Katalysatorschichten von PEM Brennstoffzellen, steht mit den GeoApps Solid Oxide Electrode Generation und Catalyst Layer PEM Fuel Cell Generation zur Verfügung.

Mit GeoDict cloud und Massive Simultaneous Cloud Computing (MSCC), können Hunderte von virtuellen Strukturen parallel untersucht werden, wodurch sich die Zeit bis zur Gewinnung von Erkenntnissen drastisch verkürzt.

GeoDict Publications
Marmet et al., Stochastic microstructure modeling of SOC electrodes based on a pluri-Gaussian method, Energy Adv., 2023, 2, 1942-1967, DOI 10.1039/D3YA00332A
Marmet et. al.: Standardized microstructure characterization of SOC electrodes as a key element for Digital Materials Design, Energy Advances, 2023, volume 2, issue 7, pages 980-1013, DOI 10.1039/D3YA00132F \n

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