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Multiscale reaction modeling via a subgrid approach for the lattice Boltzmann method

Weinmiller, Julius und Kellers, Benjamin und Danner, Timo und Latz, Arnulf (2024) Multiscale reaction modeling via a subgrid approach for the lattice Boltzmann method. 20th Symposium on Modeling and Experimental Validation of Electrochemical Energy Technologies, 2024-03-13 - 2024-03-14, Baden, Switzerland.

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Kurzfassung

Many electrochemical effects impact processes of interest over multiple length scales. Examples in the field of batteries and fuel cells are for instance nucleation and growth, occurring in lithium-sulfur batteries, or (electro)-chemical reactions at platinum nano-particles in fuel cells. Understanding the impacts across length scales is vital to understanding a system at a whole. For that, computational simulations can provide detailed insight. For mesoscopic problems, lattice Boltzmann methods (LBM) have seen increasing usage due to their sound physical basis and efficient computational parallelization. However, accurate simulation of multiple length scales requires spatial resolution at the smallest scale, which quickly becomes too expensive to compute the relevant meso- or macroscopic processes. A solution is to develop subgrid models for the smallest scales, while fully resolving the larger scales. Despite the relevance for multiple applications, this approach has been implemented in only a simplified manner to reactive boundaries in LBM. In this contribution, we present a novel composite dynamics framework developed within the lattice Boltzmann method. This enables the simulation of multiple scales, making LBM more versatile in simulating mesoscopic phenomena while including nanoscopic effects. Our model has been applied to simulate and study nucleation and growth in porous cathodes of lithium-sulfur batteries. The simulation results successfully capture the nucleation phenomena, simulating subgrid nucleation and growth, and subsequent grid scale growth. This study elucidates effects such as surface passivation, and thus aids in developing better battery systems in the future.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/208765/
Dokumentart:Konferenzbeitrag (Poster)
Titel:Multiscale reaction modeling via a subgrid approach for the lattice Boltzmann method
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Weinmiller, JuliusJulius.Weinmiller (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-5380-6791NICHT SPEZIFIZIERT
Kellers, BenjaminBenjamin.Kellers (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0001-9791-2724NICHT SPEZIFIZIERT
Danner, TimoTimo.Danner (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0003-2336-6059NICHT SPEZIFIZIERT
Latz, ArnulfArnulf.Latz (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Datum:13 März 2024
Referierte Publikation:Nein
Open Access:Nein
Gold Open Access:Nein
In SCOPUS:Nein
In ISI Web of Science:Nein
Status:veröffentlicht
Stichwörter:Lattice Boltzmann, Lithium-Sulfur, Battery, Simulation
Veranstaltungstitel:20th Symposium on Modeling and Experimental Validation of Electrochemical Energy Technologies
Veranstaltungsort:Baden, Switzerland
Veranstaltungsart:internationale Konferenz
Veranstaltungsbeginn:13 März 2024
Veranstaltungsende:14 März 2024
Veranstalter :Electrochemistry Laboratory, Paul Scherrer Institute
HGF - Forschungsbereich:Energie
HGF - Programm:Materialien und Technologien für die Energiewende
HGF - Programmthema:Elektrochemische Energiespeicherung
DLR - Schwerpunkt:Energie
DLR - Forschungsgebiet:E SP - Energiespeicher
DLR - Teilgebiet (Projekt, Vorhaben):E - Elektrochemische Speicher
Standort: Ulm
Institute & Einrichtungen:Institut für Technische Thermodynamik > Computergestützte Elektrochemie
Hinterlegt von: Weinmiller, Julius
Hinterlegt am:03 Dez 2024 17:04
Letzte Änderung:03 Dez 2024 17:04

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