Entwicklung einer quelloffenen prädiktiven Zustandsgleichung für komplexe elektrolythaltige Mischungen

• Antragsteller: Dr.-Ing. Simon Müller
• Fachliche Zuordnung: Chemische und Thermische Verfahrenstechnik ; Technische Thermodynamik
• Förderung: Förderung seit 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 503327656

Elektrolyte sind in vielen Anwendungsbereichen wie in der Öl- und Gasindustrie, Gashydratsysteme, Batterien, Geothermie und Biotechnologie wichtige Komponenten die unter verschiedensten Temperaturen, Drücken und Zusammensetzungen vorkommen.Insbesondere haben Elektrolyte einen großen Einfluss auf das thermodynamische Phasengleichgewicht. Die Beschreibung dieser Systeme ist besonders herausfordernd, da sie in Lösung in stark geladene Ionen dissoziieren. In der Anwendung wird häufig in Kauf genommen die Elektrolyte entweder zu vernachlässigen oder mit eigenen Messungen parametergestützte Modelle aufwendig anzupassen um deren Effekte zu beschreiben. Die Elektrolytmodellierung gehört deswegen zu den Schlüsselkompetenzen die in der Industrie noch nicht in dem Maße vorhanden ist wie benötigt.Im Zentrum dieses Forschungsvorhabens steht die Entwicklung einer quelloffenen prädiktiven Zustandsgleichung für elektrolythaltige gemischte Lösungsmittelsysteme. Hierfür soll die jüngst erschienene COSMO-SAC-Phi Zustandsgleichung weiterentwickelt und mit dem erfolgreichen Elektrolytmodell COSMO-RS-ES erweitert werden. Dieses Vorhaben deckt damit zwei Themengebiete ab, die im prädiktiven Maße noch ein großes Verbesserungspotential aufweisen: die Beschreibung neutraler gemischter Systeme ohne binäre Interaktionsparameter und die Vorhersage des Elektrolyteinflusses auf diese Mischungen. Schwerpunkt hierbei soll die Entwicklung der Elektrolyterweiterung sein. Um dieses Ziel zu erreichen bedient sich die neue Zustandsgleichung der erweiterten COSMO-RS Theorie und beschreibt die Interaktionen als Funktion der ab-initio berechenbare Abschirmladungsdichte auf der Oberfläche der Moleküle.In einem ersten Schritt, soll die erste quelloffene Implementierung der COSMO-SAC-Phi Zustandsgleichung erstellt werden. Diese wird dann anhand von frei verfügbaren Daten validiert werden. Das neue Modell soll zunächst auf wässrige Elektrolytlösungen erweitert werden. Für diese Systeme existiert eine größere Menge an thermodynamischen Daten, die es erlauben diese detaillierter zu verstehen und analysieren. Basierend auf den Erfahrungen und Verbesserungen für wässrige Systeme soll dann die Zustandsgleichung auf elektrolythaltige gemischte Lösungsmittelsysteme erweitert werden.Die in diesem Vorhaben entwickelte Zustandsgleichung wird die erste komplett prädiktive Zustandsgleichung für elektrolythaltige gemischte Lösungsmittelsysteme sein die keine binären Interaktionsparameter benötigt. Im Sinne der offenen Wissenschaft werden alle Daten und die Modellentwicklungen quelloffen zur Verfügung gestellt werden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen