47316 Atomarskala metoder til computersimuleringer af energimaterialer

2020/2021

Du vil lære at kombinere fysiske modeller med simuleringer på atomart niveau for at forstå de fysiske og kemiske processer i materialer til bæredygtige energiteknologier (batterier, solceller, brændselsceller m.m.).
Kursusinformation
Atomic scale computational tools for energy materials
Engelsk
5
Kandidat
Kurset udbydes som enkeltfag
E5A (ons 8-12)
Campus Lyngby
Kurset er baseret på forelæsninger og projekter.
Kurset evalueres i løbet af kursusperioden.
13-uger
E5A
Mundtlig eksamen og bedømmelse af rapport(er)
Evalueringen er baseret på en helhedsvurdering af den mundlige eksamen og tre projektrapporter.
20 minutter
Alle hjælpemidler er tilladt
7-trins skala , ekstern censur
10034 / 26201 / 26222 , Basal fysisk eller kemisk forståelse af faststoffer og molekyler samt termodynamik. F.eks. gennem 10034, 26201 eller 26222
Minimum 10
Heine Anton Hansen , Lyngby Campus, Bygning 301, Tlf. (+45) 4525 8211 , heih@dtu.dk
Piotr de Silva , Lyngby Campus, Bygning 301, Tlf. (+45) 4525 8208 , pdes@dtu.dk
47 Institut for Energikonvertering- og lagring
I studieplanlæggeren
Kontakt underviseren for information om hvorvidt dette kursus giver den studerende mulighed for at lave eller forberede et projekt som kan deltage i DTUs studenterkonference om bæredygtighed, klimateknologi og miljø (GRØN DYST). Se mere på http://www.groendyst.dtu.dk
Overordnede kursusmål
Målet med kurset er at gøre de studerende bekendt med fysiske modeller og atomskala-simuleringsmetoder, der bruges til at studere materialer i bæredygtige energiteknologier. De studerende vil være i stand til at vælge og anvende passende metoder til at opnå indsigt i grundlæggende processer, som forekommer i faste og molekylære energimaterialer. De atomistiske simuleringsteknikker vil omfatte beregninger af elektronstrukturer ved hjælp af tæthedsfunktionalteori (DFT), molekylærdynamik (MD) og Monte Carlo (MC).
Læringsmål
En studerende, der fuldt ud har opfyldt kursets mål, vil kunne:
  • Beskrive tæthedsfunktionalteori (DFT), molekylærdynamik (MD) og Monte Carlo (MC) simuleringer på et basalt niveau
  • Forklare de fysiske modeller, som forbinder mikroskopiske atomare egenskaber med de makroskopiske egenskaber af materialer
  • Anvende DFT-simuleringer til at studere strukturen af faststoffer, molekyler og overflader
  • Anvende MD simuleringer til at studere dynamiske processer i materialer
  • Anvende Transition State-teori til at studere rater for kemiske processer og reaktioner
  • Udføre simple Metropolis og Kinetic Monte Carlo simuleringer
  • Relatere forskellige modelskalaer of simuleringsmetoder
  • Analysere og fortolke simuleringsresultater for at vurdere effektiviteten af energimaterialer
  • Skrive en rapport på engelsk på baggrund af resultater opnået i projekter og forklare indholdet mundtligt
Kursusindhold
Kurset omfatter en række forelæsninger, tutorials og praktiske computerbaserede projekter. Forelæsningerne vil give den nødvendige domæneviden og vil dække følgende emner:
Introduktion til materialesimuleringer. Grundlæggende tæthedsfunktionalteori og molekylærdynamik. Elektronstruktur af energimaterialer. Statistisk termodynamik og transition state-teori. Adsorption og diffusion på overflader. Skaleringsrelationer og aktivitetsvulkaner i katalyse. Computersimulering af elektrokemi. Båndtilpasning i solceller. Ladningstransport i batterier. Elektroniske processer i organiske energimaterialer. Kinetic Monte Carlo simuleringer.
Tutorials og opgaver vil fokusere på anvendelser af moderne beregningsværktøjer til at studere udvalgte energimaterialer.
Litteraturhenvisninger
Udvalgte kapitler fra følgende bøger, frit tilgængelige fra DTU Bibliotek, vil indgå i undervisningen:
1. “Density Functional Theory: A Practical Introduction” af David S. Sholl og Janice A. Steckel.
2. “Fundamental Concepts in Heterogeneous Catalysis” af Jens K. Nørskov, Felix Studt, Frank Abild-Pedersen og Thomas Bligaard.
Bemærkninger
Studerende, som ønsker en introduktion til materialemodellering på bachelorniveau, anbefales at følge kurset 47210 Introduktion til modellering og design af energimaterialer.
Sidst opdateret
07. maj, 2020