Institutsbericht 2020
Institute of Computational Physics
2 Elektrochemische Zellen und Mikrostrukturen Brennstoffzellen sind ein herausragendes Beispiel für elektrochemische Zellen. Sie verwandeln Treibstoffe wie Wasserstoff, Erdgas oder Methanol in elektrische Energie und Hitze. Brennstoffzellen können an Stelle von Batterien in Elektrogeräten verwendet werden, zur kombinierten Erzeugung von Hitze und Elektrizität in Haushalten und als Energiequelle in elektrischen Fahrzeugen. Wegen ihres flachen Designs können Brennstoffzellen leicht skaliert werden, indem sie zu Serien in der Form von Stapeln zusammengefasst werden. Elektrische Wirkungsgrade von über 60 % sind möglich, was deutlich über denen anderer dezentralisierter Energieerzeugungstechnologien liegt. Redox-Flow-Batterien gelten als vielversprechende Energiespeichertechnologie. Diese Batterien sind hocheffizient und bieten eine Engergiespeicherlösung für fluktuierende Energie aus Windkraftanlagen und Photovoltaikzellen. Das ICP unterstützt den Fortschritt bei der Entwicklung von elektrochemischen Zellen durch die Entwicklung von Multiphysik-Computermodellen. Grundsätzlich kann uns das Modellieren dabei helfen, die Kopplung von chemischen, thermischen, elektrischen, mechanischen und strömungstechnischen Prozessen besser zu verstehen mit dem Ziel, Schwächen des Systems zu erkennen und Design-Verbesserungen anzubieten. Häufig basieren diese Modelle auf detaillierten Informationen über die Mikrostrukturen der untersuchten Materialien. Deshalb ist beispielsweise die Charakterisierung von GasDiffusionsschichten und der Elektrolyt-Mikrostruktur in 2D oder 3D ein integraler Bestandteil unserer Modellierungsarbeiten. Neben Brennstoffzellen und Redox-Flow-Batterien arbeiten wir auch an der Modellierung von Perowskit-Solarzellen und photoelektrochemischen Zellen (PECs), welche die Sonnenenergie zur Spaltung von Wasser und so zur Herstellung von Wasserstoff als Treibstoff verwenden.
D. Bernhardsgrütter
R. Herrendörfer
G. Mourouga
R. Schärer
J. Schumacher
J. Wlodarczyk
Zürcher Fachhochschule
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