Komplexe Batterieforschung an Hochleistungs-Computern betreibt die neue Nachwuchsgruppe „Multiskalen-Modellierung von Lithium-Ionen-Batterien“ an der Uni Ulm. Leiter ist Dr. Payam Kaghazchi, wissenschaftlicher Mitarbeiter am Institut für Elektrochemie.
Abseits von Laboratorien wollen die Forscher computergestützte Verfahren entwickeln, die zeit- und kostenintensive Experimente unterstützen oder eventuell ersetzen. So sollen Lithium-Ionen-Batterien für ihren Einsatz in Elektrofahrzeugen oder etwa Smartphones optimiert werden. Für die Nachwuchsgruppe erhält Payam Kaghazchi in den kommenden fünf Jahren insgesamt 900 000 Euro vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF).
„Zunächst liegt unser Augenmerk auf der rechnergestützten Grundlagenforschung. Wir wollen Eigenschaften von Lithium-Ionen-Batterien analysieren und Prozesse – etwa beim Be- und Entladen – besser verstehen“, erklärt Kaghazchi. Allerdings laufen diese Vorgänge auf unterschiedlichen Zeit- und Längenskalen ab, folgen also individuellen Regeln. Um die verschiedenen Skalen zu verbinden, will Payam Kaghazchi Erkenntnisse aus der Quantenmechanik, Festkörperphysik sowie Statistik zu einem Multiskalenansatz kombinieren. Dadurch wird Batteriedesign am Rechner möglich: Forscher können verschiedene Materialien virtuell prüfen und so gegebenenfalls Batteriekomponenten verbessern.
Haben die Wissenschaftler viel versprechende Materialien identifiziert, bleibt ihnen der Gang ins Labor nicht erspart: „Theorie und Experiment müssen dann Hand in Hand arbeiten und die computergenerierten Ergebnisse auf konventionelle Weise überprüfen“, sagt Kaghazchi. Im Erfolgsfall wäre in einigen Jahren zum Beispiel eine Kooperation mit der Automobilindustrie denkbar.
Dr. Payam Kaghazchi hat in der iranischen Hauptstadt Teheran Physik studiert. Während seiner Promotion als Stipendiat des Deutschen Akademischen Austauschdienstes (DAAD) am Fritz-Haber-Institut der Max-Planck-Gesellschaft in Berlin begann er sich für die Batterieforschung zu interessieren. Über den heutigen Leiter des Instituts für Elektrochemie, Professor Timo Jacob, kam der Physiker nach Ulm. Er habilitiert am Institut für Elektrochemie und wird auch Lehrverpflichtungen übernehmen. Unter anderem mit dem Ziel, Nachwuchswissenschaftler für virtuelles Batteriedesign zu begeistern.
Von Annika Bingmann