Entwicklung einer auf Ihren Prozess abgestimmten Katalysatorschicht
GeoApp: Catalyst Layer (PEM Fuel Cell)
Die GeoApp Catalyst Layer (PEM Fuel Cell) ermöglicht die Erzeugung und Analyse von Katalysatorschicht-Mikrostrukturen bei vollständiger Kontrolle über alle relevanten Parameter. Auf Basis benutzerdefinierter Eingaben - wie Voxelauflösung, Schichtabmessungen, Partikelanteil und Ionomerfraktion - erzeugt die GeoApp realistische 3D-Geometrien von Katalysatorschichten, die die komplexe Morphologie von PEM-Brennstoffzellenelektroden abbilden.
Durch die gezielte Variation dieser Eingaben können umfassende Parameterstudien über einen großen Parameterraum durchgeführt werden. Strukturelle Eigenschaften wie Feststoffvolumenanteile, Phasenverteilung und räumliche Größe lassen sich gezielt anpassen, um ihren Einfluss auf effektive Transporteigenschaften wie Diffusivität, elektrische Leitfähigkeit und ionische Leitfähigkeit zu untersuchen. Dies ermöglicht eine zielgerichtete Optimierung eines oder mehrerer leistungsrelevanter effektiver Parameter.
Über die mikrostrukturelle Analyse hinaus bildet die erzeugte Struktur der Katalysatorschichtstruktur eine robuste Grundlage für das multiskalige Upscaling. Die berechneten effektiven Eigenschaften können in größerskalige Modelle - von 1D- und 2D-Ansätzen bis hin zu vollständigen 3D-Simulationen - übertragen werden und erlauben so eine prädiktive Bewertung der Leistung von Brennstoffzellenkomponenten und -stacks. Auf diese Weise schlägt die Anwendung eine Brücke zwischen Mikrostrukturdesign und Systemoptimierung und unterstützt die datengetriebene Entwicklung leistungsfähiger Katalysatorschichten.
Erstellung der 3D-Mikrostruktur einer Katalysatorschicht
- Digital erzeugte 3D-Mikrostruktur einer Katalysatorschicht mit explizit aufgelösten Phasen
- Strukturgröße: 400³ Voxel bei 2 nm Auflösung (Nanometerskala)
- Visualisierung von Kohlenstoffpartikeln (grau) und Ionomer (pink) mit räumlicher Verteilung und Konnektivität
- Phasenanteile: 50 % Kohlenstoff, 10 % Ionomer, 40 % Poren
Gastransports in der Katalysatorschicht
- Ein Druckgradient wird auf die Katalyse-Schicht angewandt und visualisiert räumlich aufgelöst die Strömungsgeschwindigkeiten in Poren und Engstellen für Fluide wie Sauerstoff, Wasserdampf, etc.
- Dies macht Gastransportpfade sichtbar und liefert direkte Einblicke in effektive Gastransporteigenschaften, die entscheidend für die Maximierung der Brennstoffzellenleistung sind.
Phasenspezifischer Ladungstransport in der Katalysatorschicht
- Diese Visualisierung zeigt bei einer angelegten Potentialdifferenz von 10 mV über die Katalysatorschicht den resultierenden Potentialgradienten zwischen der oberen und unteren Randfläche.
- Kohlenstoffpartikel und Ionomer sind mit unterschiedlichen elektrischen Leitfähigkeiten (S/m) versehen, während der Porenraum als nicht leitfähig angenommen wird und so phasenspezifische Ladungstransportpfade sichtbar macht.
GeoApp Features
- 3D-Katalysatorschicht-Generierung
Definieren Sie vollständig dreidimensionale, voxelbasierte Katalysatorschichten mit benutzerdefinierter Auflösung und zugehörigen Abmessungen. Voxelgröße, Schichtdicke und räumliche Größe (NX, NY, NZ) lassen sich unabhängig einstellen, um die gewünschte Geometrie präzise abzubilden. Mehrere Materialphasen, wie Kohlenstoffpartikel und Ionomer, können mit exakten Feststoffvolumenanteilen definiert und erzeugt werden. - Optimierung effektiver Eigenschaften
Bewerten und optimieren Sie effektive Parameter wie Diffusivität, elektronische Leitfähigkeit und ionische Leitfähigkeit. - Reproduzierbare und exportierbare Ergebnisse
Speichern Sie erzeugte Strukturen in standardisierten Formaten für Simulation, Analyse und Modellkopplung. - Flexible Parameterstudien
Variieren Sie strukturelle und materialbezogene Parameter systematisch über einen großen Parameterraum, um die für die gewählte Anwendung bestgeeignetste Struktur zu erhalten.
Für folgende Module ist eine Lizenz notwendig:
| Notwendiges Modul | GrainGeo |
Diese Module werden oft mit der "Catalyst Layer" GeoApp kombiniert:
| Import & Bildverarbeitung | |||
| Bildanalyse | |||
| Materialmodellierung | |||
| Simulation & Vorhersage | AddiDict | FlowDict | ConductoDict |
| Schnittstellen |
Welche Module für Sie am besten passen, ist abhängig von der Art Ihrer Anwendung.
