Über
Mit Hilfe von Hochleistungsrechnern und modernsten Simulationsmethoden liefern wir Einblicke in die Struktur, die Eigenschaften und das Leistungsverhalten von Energiematerialien.
Forschungsthemen
- Elektronische Struktur von Materialien mit d- & f-Elektronen: parameterfreie DFT+U-Berechnungen
- Thermodynamik-Modellierung und ab-initio-Thermodynamik von Mischkristallen und Hoch-Entropie-Materialien
- Gekoppelte DFT-Kontinuumsolvatationsmodelle für Fluide und Fest-Flüssig-Grenzflächen
- Ionentransport in Festkörpern und Flüssigkeiten und Adsorptions-/Desorptionsprozesse
- Accelerated Simulationen und Materials discovery
Elektrochemische Grenzflächen
Wir entwickeln Methoden zur selbstkonsistenten Beschreibung von Festkörper-Lösungsmittel(Elektrolyt)-Grenzflächen.
Ziel: Effekte an elektrochemischen Grenzflächen selbstkonsistent simulieren zu können. Unser Hauptaugenmerk liegt auf der Kombination von quantenmechanischer Behandlung der Elektrode auf DFT-Basis mit klassischen Ansätzen für den Elektrolyten, z.B. ESM-RISM oder SCCS-Methoden.
Elektronische Struktur von Materialien mit stark korrelierten d- und f-Elektronen
Wir setzen modernste Rechenmethoden ein um eine zuverlässige DFT-basierte Modellierung von Energiematerialien zu ermöglichen.
Ziel: Informationen über die elektronische Struktur von Energiematerialien zu erhalten. Wir wenden die parameterfreie DFT+U-Methode und auf Wannier-Funktionen basierende Projektoren, um Besetzungen von d- und f-Orbitalen zu erhalten und Oxidationszustände von Kationen zu entschlüsseln.
Thermodynamik von Energiematerialien
Wir wenden molekulare Simulationen an, um die thermodynamischen Eigenschaften von Energiematerialien zu entschlüsseln.
Ziel: Struktur und Stabilität von Elektrode, Elektrolyt und Grenzfläche unter elektrochemischen Bedingungen zu verstehen. Wir untersuchen thermodynamische Phänomene wie Phasenstabilisierung und -übergänge, Oberflächenstruktur unter elektrochemischen Bedingungen und den Einfluss der Elektrolytphase auf die Elektrochemie.
Oberflächenelektrochemie
Wir berechnen chemische Reaktionen an elektrochemischen Grenzflächen, einschließlich der Effekte von Elektrolyten und angelegtem Elektrodenpotential.
Ziel: Beschreibung der elektrochemischen Prozesse auf atomarer Ebene. Wir berechnen Gibbs-Energien, Aktivierungsenergien, Reaktionsgeschwindigkeiten und theoretische Überspannungen elektrochemischer Reaktionen an Elektrokatalysatoren. Wir leiten Parameter für mikrokinetischen Modelle ab.
Doped/mixed Kationen & High entropy energy materials
Fremdatome in Energiematerialien können deren Leistung verbessern.
Ziel: Verständnis der Auswirkungen von Fremdatomen und Kationenmischung auf die elektrochemische Leistung von Elektrokatalysatoren oder Batterieelektroden. Wir nutzen eine Vielzahl von Methoden, um die Rolle der Mischung von Fremdatomen und Kationen zu verstehen.
Strukturforschung und spektrale Signaturen
Simulationsbasierte Ansätze zur Berechnung spektraler Reaktionen (z. B. IR-Spektren).
Ziel: Verknüpfung von Struktur und spektraler Antwort, um eine wissenschaftliche Grundlage für die Interpretation gemessener Spektren zu schaffen. Basierend auf dem Vergleich zwischen den berechneten und gemessenen Spektralsignaturen leiten wir Strukturmodelle der untersuchten Materialien ab, einschließlich nichtwässriger Elektrolyte (z. B. protische ionische Flüssigkeiten). Diese Modelle werden zur Ableitung von Deskriptoren beruhend auf Struktur-Eigenschafts-Beziehungen und zur Auswahl der leistungsstärksten Materialzusammensetzungen verwendet.
Mitarbeitende
Computergestütze Materialmodellierung
Collaborators/Associated researchers:
- Yingzhen Chen (PhD student, IET-4)
- Stefan Rudin (PhD student, IFN-2)
- Marharyta Okhrymenko (RWTH Aachen/Oxford U.)
- Daniil Shirokiy (IFN-2)
- Andrew Ryan (Princeton U., USA)
Former members/collaborators/associated researchers:
- Rebekka Tesch (PhD Student, 2020-24)
- Oskar Cheong (PhD Student 2019-24)
- Thomas Bornhake (MSc Student 2021-23, currently PhD student at PGI-1)
- Zhengda He (Postdoc 2019-22, now at Florida State U., USA)
- Cem Cem Komurcuoglu (2022, PhD student, Columbia U.)
- Mengli Sun (CSC Fellow 2018-20, Lanzhou U., China, PhD Student)
- Timothy Connor (2020, UC Irvine, USA, PhD student)
- Adrien Mourice (2022, Master student, IEK-14/IEK-13)
- Bart Verlinden (2019-22, SCK-CEN, Belgium, PhD student)
- Mehrtoos Eslamibidgoli (2020, Postdoc, now in AMI)
- Jonas Dedden (2019-20, RWTH Aachen, master student, HPC Simlab)
- Alison Shad (2021, Colorado State U., USA)
- André L. Koch Liston (2022, Princeton U., USA)
- Noah Dohrmann (2022, U. of Chicago, USA)
Letzte Änderung: 29.01.2025