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| Home > Publications database > Multiphysik-Modellierung von Festoxidzellen: Vom Modellaufbau zur experimentellen Validierung – wie viel Physik braucht ein Zellmodell? |
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| Talk (non-conference) (Invited) | FZJ-2026-04260 |
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2026
Abstract: Reversible Festoxidzellen können sowohl als Elektrolyseur (SOEC) als auch als Brennstoffzelle (SOFC) betrieben werden und sind damit ein Schlüsselelement zukünftiger Energiesysteme. Da Experimente nur begrenzten Zugang zu zellintrinsischen Größen bieten, sind physikbasierte Modelle notwendig, um nicht nur das Verhalten, sondern auch dessen Ursachen zu erklären – und langfristig einen digitalen Zwilling zu ermöglichen.Dieser Beitrag zeigt den Weg von der Systemabgrenzung über die Auswahl der relevanten Physik bis zur experimentellen Validierung eines Zellmodells in COMSOL Multiphysics® 6.4. Berücksichtigt werden Reaktionskinetik, Gastransport in porösen Medien und Ionentransport im Elektrolyten; das Modell wird im Realmaßstab aufgebaut. Eine Netzkonvergenzstudie identifiziert den Kompromiss zwischen Genauigkeit und Rechenzeit, ohne die Partikelebene aufzulösen.Der Vergleich mit Messdaten realer Zellen zeigt, dass das ursprüngliche Modell die Tendenzen korrekt wiedergibt, die Diffusionslimitierung jedoch unvollständig abbildet. Durch die Erweiterung um das Porous-Media-Flow-Modul verbessern sich die Ergebnisse signifikant: Variationen des Dampfpartialdrucks und der Temperatur werden über den gesamten untersuchten Betriebsbereich gut reproduziert. Ergänzend erlauben Parameterstudien – etwa zu Austauschstromdichte und aktiver Oberfläche – die isolierte Betrachtung experimentell kaum zugänglicher Größen.Das validierte Modell bildet damit die Grundlage für weiterführende Parameterstudien sowie für die Erweiterung auf ein nicht-isothermes Modell.
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