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Was macht unsere Arbeitsgruppe?
Poröse Funktionsmaterialien sind in der Reaktionstechnik, der Adsorption, der Membrantechnik und vielen anderen Gebieten der Verfahrenstechnik wie beispielsweise Brennstoffzellen oder Li-Luft Batterien weit verbreitet. Die Herstellung dieser Materialien basiert überwiegend auf experimentellem Erfahrungswissen und qualitativen Überlegungen. Die Eigenschaften poröser Funktionsmaterialien werden in Versuchsreihen vermessen, um z.B. phänomenologische Beschreibungen für den makroskopischen Transport abzuleiten.
Die Arbeitsgruppe beschäftigt sich mit der Vorhersage der Bildung der porösen Struktur der Materialien während des Herstellprozesses und der Vorhersage der Transporteigenschaften. Während für den einphasigen Transport Berechnungsmethoden etabliert sind, ist der mehrphasige Transport (z.B. Gas/flüssig) noch Gegenstand der Forschung.
Um die Porenbildung auf Basis grundlegender physikalischer und chemischer Prinzipien zu beschreiben, wurde ein Simulationstool entwickelt (SiPER), welches erlaubt, bewegliche Grenzflächen in komplexen Geometrien, dynamische Kontaktwinkel und die Dynamik des Phasenzerfalls zu beschreiben. Dies ermöglicht die Simulation der porenskaligen Strukturbildung beispielsweise bei der Sprühtrocknung und bei der Membranfällung (Phaseninversion). Auch das Eindringen von Elektrolyt in die Poren einer Teflon/Silber-Elektrode konnte erfolgreich simuliert werden.
Neben der Beschreibung auf der Porenskala ist die Ableitung makroskopischer Modelle, die auf der Porenskala basieren, Gegenstand aktueller Forschungsarbeiten.
Aktuelle Forschungsprojekte
- Detaillierte Modellierung der Porenbildung bei der Herstellung von porösen Polymermembranen
- Modellierung von Transport und Elektrolytverteilung auf der Porenskala
- Simulation der Morphologieausbildung von offenporigen Materialien
- Kombinierte Material- und Verfahrensentwicklung für effiziente Adsorptionswärmepumpen
Abgeschlossene Forschungsprojekte
- Application of Electromembrane System: Reverse Electrodialysis with Bipolar Membranes as an Energy Storage System
- Numerical and experimental validation of micro-pore transport models in process engineering
- Strukturausbildung bei der Herstellung pulverförmiger Feststoffe
- Direct numerical simulation of two-phase flow transport properties in the gas diffusion layer of PEM fuel cells
- Solar air conditioning – An efficient adsorption cooling process
- Transport-Interaktionen zwischen Gas und Wasser in dünnen, hydrophoben porösen Schichten
- Simulation of the morphogenesis of open-porous materials
Ansprechpartner
Ulrich Nieken
Prof. Dr.-Ing.Institutsleiter