Verbundvorhaben: Kommerzielles Multi-Skalen-Simulationswerkzeug für die Batterieforschung und -entwicklung Teilvorhaben: Entwicklung einer neuen Ladungstransfermethode für reaktive Force-Field-Methoden – das ReaxFF-CT Modul - und Simulation der Kathoden-Elektrolyt-Grenzfläche.

Der thematische Schwerpunkt dieses Teilvorhabens ist die Simulation der Li-Diffusion und der Elektronentransfer an Kathoden-Elektrolyt-Grenzflächen (Solid-Elektrolyt-Interfaces - SEIs). Die atomare Struktur der SEIs kann sehr komplex sein und oft werden Strukturen mit mehreren hundert oder sogar vielen tausend Atomen benötigt, um eine realistische Beschreibung der Grenzfläche zu ermöglichen. Diese Systemgröße stellt eine enorme Herausforderung an die verwendeten Simulationsmethoden dar. Typischerweise werden für solche Systemgrößen klassische reaktive Force-Field-Methoden verwendet. Das Hauptproblem bei der Anwendung von reaktiven Force-Field-Methoden zur Simulation von SEIs besteht in der korrekten Modellierung der Nichtgleichgewichtsbedingungen hinsichtlich der elektronischen Konfiguration des Systems. Letzteres erfordert die Einführung einer neuen, bisher noch nicht verfügbaren Ladungstransfermethode, die den Elektronenfluss bei chemischen Prozessen an den SEIs beschreibt. Daher besteht das Hauptziel dieses Teilprojekts darin, eine neues Ladungstransferverfahren für reaktive Force-Field-Methoden - das ReaxFF-CT Modul, das die Simulation chemischer Reaktionen an den Elektrodenoberflächen erlaubt, zu entwickeln und zu implementieren. Das zweite Ziel ist die Entwicklung zuverlässiger Parametersätze für dieses neue ReaxFF-CT Modul. Eine detaillierte Vorhabenbeschreibung kann dem Anhang dieses Antrags entnommen werden.