Simulation von Ionenmigrationsprozessen

© Foto Fraunhofer SCAI

Kombinierte Di ffusions- und Konvektionsvorgänge von Ionen durch verschiedenartige Materialien sind die Grundlage vieler technisch interessanter Prozesse, von Batteriebetrieb über Betonzersetzung bis zum Einsatz von Biomembranen.

NPNP ist eine Software zur numerischen Simulation von komplexen Ionenmigrationsprozessen mehrerer verschiedener Ionenspezies unter Berücksichtigung der Kopplung von elektrischem Feld und Ladungen bei freier Geometrie. NPNP erlaubt die Simulation zeitabhängiger Phänomene.

Die Forschungs- and Entwicklungsarbeit dieses Projektes erfolgt in enger Zusammenarbeit mit dem Institut für Numerische Simulation der Universität Bonn, welches am Forschungsprojekt CODICE - Computational driven design of innovative cement-based materials (EU RP7) beteiligt ist.

NPNP Features

  • Multispezies
    • Eine variable Anzahl von Ionenspezies kann behandelt werden.
  • Zeitabhängigkeit
    • Zur Errechnung zeitabhängiger Lösungen werden stabilisierende Iterationsverfahren eingesetzt.
  • Adaptivität
    • Komplexe Geometrien (wahlweise 2D/3D) werden durch adaptive Gitterverfeinerungen behandelt.
  • Parallelisierung
    • Die Anwendung ist für den Gebrauch mit Mehrprozessormaschinen mit gemeinsamem Speicher optimiert. In Zukunft wird die Parallelisierung auch auf Maschinen mit verteiltem Speicher ausgedehnt.
  • Multiskalenfähigkeit
    • Die Konstruktion der NPNP Software erlaubt es Resultate aus atomaren Berechnungen (zum Beispiel aus Tremolo-X) einfließen zu lassen.

Referenzen

  1. C. Neuen, M. Griebel, and J. Hamaekers. Multiscale simulation of ion migration for battery systems. MRS Online Proceedings Library, 1535, 2013.
    [ bib ]
  2. C. Neuen. Ein Multiskalenansatz zur Poisson-Nernst-Planck Gleichung (A Multiscale Approach to the Poisson-Nernst-Planck Equation). Diplomarbeit, Institut für Numerische Simulation, Universität Bonn, July 2010.
    [ bib ]