Bildung von Schaumporen bei der Fällung einer Polymerlösung (PES in NMP, Fällungsmittel: Wasser)

Arbeitsgruppe

Strukturbildung & Transport in porösen Medien

Leitung: Prof. Dr.-Ing. Ulrich Nieken

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.

FIB-SEM Aufnahme einer Aktivkohle (c) Markus Osenberg, Helmholtz-Zentrum Berlin
FIB-SEM Aufnahme einer Aktivkohle hergestellt von der Arbeitsgruppe Prof. Dr.-Ing B.J.M Etzold, Technische Universität Darmstadt / eingesetzt in der Adsorptionsanlage am ICVT

 (c)
Phasenzerfall einer binären, äquimolaren Polymermischung

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.

 

Ansprechpartner

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Prof. Dr.-Ing.

Ulrich Nieken

Institutsleiter

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