Validierung eines granularen Digital Twins: Von 2D zu 3D
Validierung: Granular Digital Twin GeoApp
Die Vorhersage von 3D-Geometrien und effektiven 3D-Eigenschaften ausschließlich auf Basis von 2D-Bildern ist eine zentrale Fähigkeit der Granular Digital Twin GeoApp, integriert in GeoDict. Dieser Ansatz wird hier anhand eines µCT-Scans einer Feststoffbatterie-Elektrode (ASSB) validiert.
Validierung anhand einer Feststoffbatterie-Elektrode
In diesem Fall ist die vollständige 3D-Geometrie durch einen hochauflösenden µCT-Scan bekannt. Für die Erzeugung des digitalen Zwillings wurde jedoch lediglich eine einzelne 2D-Schnittaufnahme (Abb. 1) verwendet. Auf Grundlage dieser Aufnahme wird ein 3D-Mikrostrukturmodell automatisch so optimiert, dass die Größenverteilung des Feststoffelektrolyten, die Größenverteilung des Aktivmaterials sowie die Sehnenlängenverteilung übereinstimmen.
Die resultierenden Abweichungen dieser geometrischen Kenngrößen, die die enge Übereinstimmung zwischen Scan und Modell belegen, sind in Tabelle 1 dargestellt. Der rekonstruierte digitale Zwilling ist sowohl als 2D-Schnitt in Abb. 2 als auch als vollständige 3D-Geometrie in Abb. 3 gezeigt.
Visuell zeigt sich eine sehr gute Übereinstimmung zwischen dem realen Scan und dem digitalen Zwilling. Zur quantitativen Validierung wurde zusätzlich die relative Diffusivität des Feststoffelektrolyten – eine rein dreidimensionale Transporteigenschaft – für beide Strukturen berechnet.
Für die Referenzgeometrie aus dem µCT-Scan ergibt sich ein Wert von 57.29 %, für den digitalen Zwilling 52.35 %. Die Abweichung von etwa 9 % bestätigt die hohe strukturelle Übereinstimmung und demonstriert die Fähigkeit, präzise 3D digitale Zwillinge auf Basis von 2D-Bilddaten zu erzeugen.
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