Im SE2A Cluster werden detaillierte MD Simulation zum Reaktionssystem der Elektrosynthese alternativer Kraftstoffe durchgeführt , um ein vertieftes Verständnis der Elektrolyt-Elektroden Wechselwirkungen gewinnen zu können. Dabei sollen Ad- und Desorptionsverhalten der Edukte und Produkte an der Elektrodenoberflächen, ihre mikrostrukturellen Eigenschaften sowie ihr Diffusionsverhalten in Lösung in Abhängigkeit vom Elektrodenmaterial, der Elektrolytzusammensetzung, der Stromstärke u.ä. analysiert werden. Die Simulationsergebnisse werden in Relation zu experimentellen Beobachtungen gesetzt, um Korrelationen zwischen strukturellen und dyamischen Eigenschaften der Komponenten und bevorzugten Reaktionspfaden zu ermitteln. Durch die Identifizierung der relevanten molekularen Einflussfaktoren sollen Strategien für maßgeschneiderte Elektrosyntheseprozesse abgeleitet werden, die eine hohe Reaktionsrate, Ausbeute und Energieeffizienz ermöglichen.
Chemische Reaktionen erfolgen intrinsisch in Energieumwandlungssystemen wie Batterien, Brennstoffzellen, Gasturbinen oder bei anderen (bio-)elektrochemischen Prozessen, wie der Synthese von EFuels. Solche reaktiven Systeme und Prozesse werden derzeit in der „Integrated Cluster Area“ (ICA) C „Energiespeicherung und -umwandlung“ des Exzellenzclusters SE2A der TU-Braunschweig untersucht. Um chemische Reaktionen effektiv zu beschreiben, werden genaue und robuste reaktionskinetische Modelle benötigt. Die Modelle in der Literatur sind jedoch häufig empirisch angepasst. Dies führt zu einem Verlust der Allgemeingültigkeit und Übertragbarkeit, so dass die Reaktionskinetiken nur für ein bestimmtes System oder einen bestimmten Prozess angewendet werden können. Dieses Projekt stellt eine Machbarkeitsstudie zur Entwicklung kinetischer Gleichungen auf Basis der Thermodynamik irreversibler Prozesse (TIP) dar, die in verschiedenen Projekten des Clusters angewendet werden können. Anders als die empirischen Ansätze hat der TIP-Ansatz einen tieferen physikalischen Hintergrund, da er auf dem 2. Hauptsatz der Thermodynamik, angewendet auf Nichtgleichgewichtssysteme, basiert. Die Parameter zur vollständigen Beschreibung der durch diese Theorie bereitgestellten kinetischen Gleichungen können jedoch nicht einfach gemessen werden. Daher werden die kinetischen Parameter für die TIP-Gleichungen in diesem Projekt mittels (reaktiver) Molekulardynamik-Simulationen ermittelt.