Dynamik von ein­ge­schlossenen und chemisch reaktiven Fluiden

Die Leistung moderner Brennstoffzellen und Elektrolyseure wird durch die komplexe Dynamik chemischer Lösungen gesteuert, die auf der Oberfläche poröser Materialien Diffusion und chemische Reaktionen durchlaufen.

Diese Systeme sind faszinierend, da viele physikalische Prozessen, die von der Blasennukleation bis zum Transport durch poröse Materialien reichen, gleichzeitig und in einem stark aus dem Gleichgewicht geratenen Umfeld ablaufen.

Das Verständnis der Dynamik solch komplexer Systeme ist aus zwei Hauptgründen entscheidend:

• die Leistung von Brennstoffzellen und Elektrolyseuren zu verbessern und damit die Energiewende, vor der wir stehen, erheblich voranzubringen
• Einblicke in grundlegende Fragen der Physik von Systemen außerhalb des Gleichgewichts zu gewinnen

In meinem Team streben wir eine theoretische Beschreibung von Brennstoffzellen/Elektrolyseuren sowie von eingeschlossenen chemischen Reaktoren im Allgemeinen an. Wir verfolgen dieses Ziel mit einer Mischung aus verschiedenen Techniken. Maßgeschneiderte Molekulardynamik- und Lattice-Boltzmann-Simulationen werden eingesetzt, um die mikroskopischen Details anzugehen, während wir uns der mesoskopischen Skala mit analytischen Ansätzen nähern. Bei Bedarf werden hybride numerische/analytische Ansätze und maschinelle Lernwerkzeuge entwickelt.