Ultraschall und Simulation für hochbeladene Partikelsuspensionen am Beispiel der Zn-Luft Batterie
Hochbeladene Partikelsuspensionen treten in einer Vielzahl technischer Prozesse auf, wie beispielsweise als Elektrolyt in Redox-Flow-Batterien oder als Edukte sowie Produkte in der Lebensmittelindustrie. Die Untersuchung der Strömungsvorgänge der opaken Fluide in diesen technischen Prozessen eröffnet Möglichkeiten zur Optimierung und Effizienzsteigerung.
In diesem Forschungsvorhaben sollen am Zentrum für Brennstoffzellentechnik Duisburg (ZBT) einerseits neuartige Simulationsmethoden für die Untersuchung von hochbeladenen Suspensionen entwickelt werden. Parallel wird an der Professur für Mess- und Sensorsystemtechnik (MST) ein ultraschallbasiertes Messsystem zur Untersuchung der komplexen mehrphasigen Strömungsfelder in kleinen Geometrien entwickelt. Anhand der Untersuchung der Strömungsvorgänge in einer Zink-Luftbatterie sollen die entwickelten numerischen Simulationen mit experimentellen Ergebnissen validiert werden. Aufgrund des hohen spezifischen Energiegehaltes, der hohen Verfügbarkeit und geringen Kosten der Materialien sowie der guten Rezyklierbarkeit bieten Zink-Luftbatterien ein enormes Potential als skalierbare und ökonomische Energiespeicher.
Aus messtechnischer Sicht liegt die Herausforderung bei der Untersuchung hochbeladener Suspensionen in der starken und wellenlängenabhängigen Streuwirkung der suspendierten Partikel, weshalb es einerseits zu einer starken Dämpfung des Ultraschalls und andererseits zur parasitären Überlagerung von Mehrfachreflexionen kommt. Durch den Einsatz der Phased-Array-Technik und der Wahl einer geeigneten Anregungsfrequenz können diese Einflüsse reduziert werden und es wird darüber hinaus eine Messung in kleinen Geometrien ermöglicht.
Bearbeiter: C. Kupsch, R. Nauber
Zeitraum: 04/2016 – 12/2018
Partner: Zentrum für Brennstoffzellentechnik GmbH (ZBT)
Explosion view of a zinc-air flow battery. The electrical performance of the cell depends on the local flow conditions in the anodic flow channel (flow field) of the battery. Optimizing the flow, which requires knowledge of the flow, results in an improved performance of the battery.
C. Kupsch, L. Feierabend, R. Nauber, L. Büttner and J. Czarske, “Ultrasound flow investigations at a zincair
flow battery model”, International Conference on Experimental Fluid Mechanics – ICEFM 2018 Munich,
2 - 4.07.2018, Munich, Germany
C. Kupsch, L. Feierabend, R. Nauber, L. Büttner and J. Czarske, “Super-resolution ultrasound flow measurement of the non-Newtonian multiphase suspension in a zinc-air flow battery”, 16th multiphase
flow conference, 13 - 16.11.2018, Dresden, Germany