Modellierung von Salzschmelzen-Elektrolyten

Bei der Berechnung von Flüssigmetallbatterien wird standardmäßig ein perfekt gemischter Elektrolyt angenommen. Entsprechende Flüssigsalze enthalten Ionen, deren Bewegung durch Konvektion, Migration und Diffusion bestimmt wird. Ohne Fluidströmung würden sehr hohe Konzentrationsgradienten und somit hohe Verluste entstehen, welche die Zellspannung der Batterie vermindern.

Die Identifizierung der vorherrschenden Art der Konvektion ist Gegenstand aktueller Forschungen. Mögliche Mechanismen sind:

Weiterhin kann die Strömung im Elektrolyten durch Grenzflächeninstabilitäten (thermische, solutale und elektrokapillare Marangoni-Instabilität) und magnetisch induzierte Strömungen (Tayler Instabilität und Elektrowirbelströmung) beeinflusst werden.

Im Rahmen des SOLSTICE Projektes wird untersucht, welche der oben genannten Phänomene bevorzugt in einem zweischichtigen Elektrolyt – dessen Schichten durch ein Diaphragma separiert sind und somit an einer direkten Vermischung gehindert werden – auftreten. Zusätzlich ist es wichtig zu bewerten, welche Größenordnungen diese Strömungen annehmen können.

  

Publikationen

  • Duczek, C.; Weber, N.; Nash, W.; Sarma, M.; Weier, T.
    Solutal convection in Na–Zn liquid metal batteries and its impact on self-discharge
    Physics of Fluids 37(2025) 023370
  • Duczek, C.; Horstmann, G. M.; Ding, W.; Einarsrud, K. E.; Gelfgat, A. Y.; Godinez-Brizuela, O. E.; Kjos, O. S.; Landgraf, S.; Lappan, T.; Monrrabal, G.; Nash, W.; Personnettaz, P.; Sarma, M.; Sommerseth, C.; Trtik, P.; Weber, N.; Weier, T.
    Fluid mechanics of Na-Zn liquid metal batteries
    Applied Physics Reviews 11(2024), 041326
  • Godinez-Brizuela, O. E.; Duczek, C., Weber, N.; Nash, W.; Sarma, M.; Einarsrud, K. E.
    A continuous multiphase model for liquid metal batteries
    Journal of Energy Storage 73(2023) 109147
  • Duczek, C.; Weber, N.; Godinez-Brizuela, O.E.; Weier, T.
    Simulation of potential and species distribution in a Li||Bi liquid metal battery using coupled meshes
    Electrochimica Acta 437(2023) 141413