Kontakt
Dr. Tom Weier
Leiter Flüssigmetallbatterie
t.weier
hzdr.de
Tel.: +49 351 260 2226
Stofftransport in Flüssigmetallbatterien
Ein optimaler Masse- und Stofftransport ist essentiell für die Funktion vom Flüssigmetallbatterien. Insbesondere sollte die Kathode einer Flüssigmetallbatterie stets gut durchmischt sein. Der Stofftransport bestimmt ganz wesentlich
- die Zellspannung
- mögliche Entladeströme
- die Kapazität der Zellen
Um einen hohen Wirkungsgrad zu erreichen muss der Stofftransport in Flüssigmetallbatterien gezielt optimiert werden. Dazu kann eine ganze Reihe verschiedener Strömungsphänomene genutzt werden, wie z. B.
- Tayler Instabilität
- Elektrowirbelströmung
- Oberflächeninstabilitäten
- Thermische Konvektion
- Solutale Konvektion
- Marangonikonvektion
Diese Phänomene werden am HZDR experimentell, aber auch numerisch mit der Software OpenFOAM erforscht.
Strömungsphänomene
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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Elektrowirbelströmung
Elektrowirbelströmung kann immer dann auftreten, wenn die Stromdichteverteilung in einer Flüssigkeit mehrere nicht verschwindenden Komponenten besitzt.
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Grenzflächeninstabilitäten
Langwellige Oberflächeninstabilitäten begrenzen die mögliche Elektrolytschichtdicke und den zulässigen Strom bei Aluminium-Reduktionszellen und Flüssigmetallbatterien.
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Die Tayler Instabilität
Die Tayler Instabilität begrenzt die Skalierbarkeit von Flüssigmetallbatterien und spielt eine wichtige Rolle in der Astrophysik.
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Solutale Konvektion
Solutale Konvektion tritt beim Laden von Flüssigmetallbatterien auf, und verbessert den Stofftransport erheblich.
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Publikationen
- Personnettaz, P.; Klopper, T. S.; Weber, N.; Weier, T.
Layer coupling between solutal and thermal convection in liquid metal batteries
International Journal of Heat and Mass Transfer 188(2022) 122555 - Personnettaz, P.; Landgraf, S.; Nimtz, M.; Weber, N.; Weier, T.
Effects of current distribution on mass transport in the positive electrode of a liquid metal battery
Magnetohydrodynamics 56(2020) 247-254 - Herreman, W.; Bénard, S.; Nore, C.; Personnettaz, P.; Cappanera, L.; Guermond, J.-L.
Solutal buoyancy and electrovortex flow in liquid metal batteries
Physical Review Fluids 5(2020) 074501 - Weber, N.; Nimtz, M.; Personnettaz, P.; Weier, T.; Sadoway, D.
Numerical simulation of mass transfer enhancement in liquid metal batteries by means of electro-vortex flow
Journal of Power Sources Advances 1(2020) 100004 - Personnettaz, P.; Landgraf, S.; Nimtz, M.; Weber, N.; Weier, T.
Mass transport induced asymmetry in charge/discharge behavior of liquid metal batteries
Electrochemistry Communications 105(2019) 106496 - Weber, N.; Landgraf, S.; Mushtaq, K.; Nimtz, M.; Personnettaz, P.; Weier, T.; Zhao, J.; Sadoway, D.
Modeling discontinuous potential distributions using the finite volume method, and application to liquid metal batteries
Electrochimica Acta 318(2019) 857-864 - Weber, N.; Nimtz, M.; Personnettaz, P.; Salas, A.; Weier, T.
Electromagnetically driven convection suitable for mass transfer enhancement in liquid metal batteries
Applied Thermal Engineering 143(2018) 293-301 - Ashour, R.; Kelley, D.; Salas, A.; Starace, M.; Weber, N.; Weier, T.
Competing forces in liquid metal electrodes and batteries
Journal of Power Sources 378(2018) 301-310 - Kelley, D.; Weier, T.
Fluid mechanics of liquid metal batteries
Applied Mechanics Reviews 70(2018) 020801
