Heidelberg Graduate School HGS MathComp

6. Modellierungstag: 8. Dezember 2011

 

in Kooperation mit BASF SE Ludwigshafen

Thema: Partielle Differentialgleichungen im Computational Engineering

Ort: Besucherzentrum der BASF SE, Tor 2, Karl-Müller-Strasse, Ludwigshafen
Anfahrtsbeschreibung

 

Die Veranstaltung wird von HGS MathComp, der InnovationLab GmbH und der BASF SE Ludwigshafen organisiert und von der IHK Rhein-Neckar, der Metropolregion Rhein-Neckar und der Industrie unterstützt. Die Teilnahme ist kostenlos.

 

Programm

14:00

Prof. Dr. Dieter Heermann, IWR, Universität Heidelberg

Begrüßung und Einführung

14:15

Dr. Alexander Schmidt, Robert Bosch GmbH Stuttgart

Modellierung und Parametrisierung von Lithium-Ionen-Zellen

15:00

Prof. Dr. Olaf Deutschmann, KIT Karlsruhe

Multiskalen-Modellierung: Werkzeug zum besseren Verständnis und

zur Optimierung katalytischer Reaktoren

15:45

Kaffeepause

16:15

Dr. Stefan Körkel, BASF-Nachwuchsgruppe, IWR

Optimale Versuchsplanung für komplexe industrielle Prozesse

17:00

Prof. Dr. Rüdiger Klingeler, KIP, Universität Heidelberg

Kathodenmaterialien in Lithium-Ionen-Batterien

im Anschluss

Imbiss

Konzept des Modellierungstags

Der Modellierungstag Rhein-Neckar eröffnet Praktikern und Wissenschaftlern die Gelegenheit, Innovationen zur Diskussion zu stellen, Gemeinsamkeiten und Unterschiede der verwendeten Modellierungsansätze herauszuarbeiten und den gegenseitigen Erfahrungsaustausch zu pflegen.

Der Modellierungstag Rhein-Neckar kann durch Sie aktiv mitgestaltet werden: Durch aktuelle Beiträge aus Ihrer Arbeit. Forschungs- und Praxisbeiträge sind gleichermaßen willkommen.

Vorträge

Dr. Alexander Schmidt, Robert Bosch GmbH Stuttgart

Modellierung und Parametrisierung von Lithium-Ionen-Zellen

Abstract

Der Vortrag behandelt einen einfachen Zugang, um Restenergie und Kapazität von Lithion-Ionen-Zellen zu erfassen. Dabei wird ein parametrisiertes elektrochemisches Batteriemodel verwendet, mit dessen Parametern für die Kathodenkapazität und die Elektrolyt-Leitfähigkeit die Entladung der Zelle hinreichend gut beschrieben werden kann. Darüberhinaus kann der Kapazitätsverlust aufgrund der Impedanzerhöhung und aufgrund des Verlusts an aktivem Material unterschieden werden.

Prof. Dr. O.Deutschmann, Institut für Technische Chemie und Polymerchemie, KIT Karlsruhe

Multiskalen-Modellierung: Werkzeug zum besseren Verständnis und zur Optimierung katalytischer Reaktoren

Abstract 

Die in technischen katalytischen Reaktoren auftretende komplexe Kopplung von konduktiven und konvektiven Transportvorgängen mit chemischen Reaktionen in mehreren Phasen sowie instationäre und räumlich inhomogene Eingangs- und Randbedingungen erfordert die Kenntnis der molekular ablaufenden physikalischen und chemischen Vorgänge, um diese Reaktoren besser verstehen und optimieren zu können. Der Vortrag beschäftigt sich mit heterogenen (gas/fest) Reaktionen und deren Wechselwirkung mit reaktiven Strömungen anhand von Hochtemperaturkatalyse und Abgasnachbehandlung. Die vorgestellten Methoden reichen von DFT-Simulationen über Monte-Carlo-Simulationen bis hin zu instationären CFD-Simulationen technischer Systeme. 

Dr. Stefan Körkel, BASF Nachwuchsgruppe, IWR

Optimale Versuchsplanung für komplexe industrielle Prozesse

Abstract (Co-Author Andreas Schmidt)

Zur Modellierung von komplexen Prozessen aus der Industrie betrachten wir nichtlineare Systeme von Differentialgleichungen. Um diese zu kalibrieren, müssen die Werte der Modellparameter anhand experimenteller Daten geschätzt werden. Die Signifikanz dieser Parameterschätzung hängt von der Art der Durchführung der Experimente ab und kann durch Optimale Versuchsplanung unter vorgegebenen Beschränkungen an den experimentellen Aufwand maximiert werden. Erfahrungen zeigen, dass dadurch erhebliche Einsparungen experimenteller Kosten bei gleichzeitiger Steigerung der Information erreicht werden können.

Im Vortrag stellen wir die bei uns entwickelten mathematischen Methoden und unsere Software VPLAN zur Simulation, Parameterschätzung und Optimalen Versuchsplanung vor. Speziell wird auf Ansätze zur effizienten Behandlung partieller Differentialgleichungsmodelle vom Konvektion-Diffusion-Reaktionstyp eingegangen und dies anhand eines Beispiels aus der industriellen Praxis veranschaulicht.

Prof. Dr. Rüdiger Klingeler, KIP, Universität Heidelberg

Kathodenmaterialien in Lithium-Ionen-Batterien

Abstract

Die Entwicklung und Verbesserung wiederaufladbarer mobiler Hochenergiespeicher ist eine Schlüsseltechnologie für mobile Anwendungen, wobei Li-basierte Übergangsmetallverbindungen eine zentrale Rolle einnehmen. Die relevanten physikalischen und chemischen Prozesse basieren auf der Möglichkeit eines reversiblen elektrochemischen Austausches von Li-Ionen in den Elektroden, wie z.B. in LiCoO2, das seit über 20 Jahren als Kathodenmaterial eingesetzt wird. Trotz der hohen technologischen Relevanz sind aber viele der fundamentalen Fragestellungen noch ungeklärt, obwohl ein erweitertes Verständnis essentiell für eine verbesserte Leistungsfähigkeit der Zellen ist.

Von besonderer Bedeutung für die Speicherdichte ist die Entwicklung innovativer Kathodenmaterialien, wobei wir in einem grundlagenorientierten Forschungsansatz einkristalline Modellsysteme synthetisieren und untersuchen, um an "perfekten" Materialien bzw. Oberflächen die elektronischen und strukturellen Eigenschaften aufklären zu können. An diesen Modellsystemen wird der Li-Austausch entlang der einzelnen Kristallrichtungen untersucht, so dass Zusammenhänge zwischen Kristallstruktur, elektrochemischen Eigenschaften und Li-Kinetik entlang der Kristallachsen im Detail studiert werden können. Neben diesem fundamentalen Ansatz stellen wir auch neue Li-Kathodenmaterialen in Form intrinsisch nanoskaliger Metalloxide her, um die Vorteile reduzierter Dimensionalität und erhöhter Oberfläche für die Prozesskinetik zu nutzen. Dabei werden Größe, Morphologie und spezifische Oberfläche variiert und deren Auswirkungen auf die physikalischen und elektrochemischen Eigenschaften untersucht.

Organisation

Wenn Sie mit einem Vortrag aus Ihrer Arbeit berichten wollen oder wenn Sie sonstige Themenvorschläge haben, dann wenden Sie sich bitte an einen Vertreter des Programmkomitees.

Programmkomitee:

Prof. Dr. D.W. Heermann (IWR), Prof. Dr. H.G. Bock (IWR), Dr. M. Winckler (IWR),

Dr. A. Schreieck (BASF SE), B. Schweizer (InnovationLab GmbH), Dr. G. Gumbel (IHK Rhein-Neckar)