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Dr. Tom Weier

Lei­ter Flüssigmetallbatterie
t.weierAthzdr.de
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Instabilitäten in Flüssigmetallbatterien

Strömungsmechanische Instabilitäten können von großem Nutzen für Flüssigmetallbatterien sein. Eine leichte Durchmischung der Zelle kann den Stofftransport und damit den Wirkungsgrad der Zellen entscheidend verbessern. Andererseits müssen starke Strömungen vermieden werden, um ein sicheres Funktionieren der Batterie zu gewährleisten. Am HZDR werden in diesem Zusammenhang die folgenden Strömungsphänomene in Flüssigmetallbatterien experimentell und numerisch mit Hilfe von OpenFOAM erforscht:

  • Tayler Instabilität
  • Elektrowirbelströmung
  • Thermische Konvektion
  • Solutale Konvektion
  • Grenzflächeninstabilitäten

Instabilitäten, Simulationen, Experimente

Foto: Rayleigh-Benard Konvektion FMB ©Copyright: Dr. Norbert Weber

Thermische Effekte in Flüssigmetallbatterien

Thermische Konvektion tritt in Flüssigmetallbatterien vorwiegend in der Anode der Zelle, aber auch in der Elektrolytschicht auf.
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Foto: EWS seitliche Zuleitung ©Copyright: Dr. Tom Weier

Elektrowirbelströmung

Elektrowirbelströmung kann immer dann auftreten, wenn die Stromdichte­vertei­lung in einer Flüssig­keit mehrere nicht ­verschwindenden Komponen­ten besitzt.
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Foto: Tayler Instabilität ©Copyright: Dr. Norbert Weber

Die Tayler Instabilität

Die Tayler Instabilität begrenzt die Skalierbar­keit von Flüssigmetallbatterien und spielt eine wichtige Rolle in der Astrophysik.
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Foto: Oberflächeninstabilität ©Copyright: Dr. Norbert Weber

Grenzflächeninstabilitäten

Langwellige Oberflächen­instabilitäten begrenzen die mögliche Elektrolytschichtdicke und den zulässigen Strom bei Aluminium-Reduktions­zellen und Flüssigmetallbatterien.
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Foto: EWS seitlich ©Copyright: Dr. Norbert Weber

Numerische Simulation von Flüssigmetallbatterien

Numerische Simulation erlaubt eine schnelle und kostengünstige Untersuchung des Betriebs­verhaltens von Flüssigmetallbatterien.
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Foto: Experiment Oberflächenwellen ©Copyright: ©Michael Nimtz

Experimentelle Untersuchung von kreisförmig angeregten Grenzflächenwellen in Zwei- und Drei-Schicht-Systemen

Grenzflächeninstabilitäten spielen eine tragende Rolle im Themenbereich der Mag­neto­hydro­dyna­mik. Diese Instabilität ist auf die komplexen Wechselwirkungen zwischen starken Strömen und externen magnetischen Feldern zurückzuführen.
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Foto: Solutale Konvektion LiBi ©Copyright: Paolo Personnettaz

Solutale Konvektion

Solutale Konvektion tritt beim Laden von Flüssigmetallbatterien auf, und ­verbessert den Stofftransport erheblich.
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Foto: Anode einer Flüssigmetallbatterie mit schlechter Benetzung ©Copyright: Steffen Landgraf

Lokale Kurzschlüsse in Flüssigmetallbatterien

Lokale Kurzschlüsse treten in Flüssigmetallbatterien aus ­verschiedenen Gründen auf, und wurden bereits experimentell beobachtet.
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