Design af funktionelle materialer såsom solceller, batterier og brændselsceller er vigtigt inden for teknologier til energilagring og -konvertering. I dette introduktionskursus vil den studerende lære den basale fysik bag materialer, der bruges til dette formål, og hvordan computersimuleringer kan bruges til at beskrive og optimere disse. Computersimuleringerne vil blive udført ved hjælp af både kommerciel og open-source software med grafiske interfaces. Dette betyder, at der ikke kræves programmeringserfaring. Kurset vil dække både atomistiske og makroskopiske materialer, simuleringsmetoder samt teknikker for hvordan modellering på forskellige skalaer kan kombineres. Formålet er at forstå, hvordan fænomener på forskellige fysiske skalaer påvirker funktionaliteten af forskellige elektrokemiske materialer, og hvordan forskellige modelleringsværktøjer kan bruges i forskellige dele af designprocessen. Eksempelvis vil den studerende lære, hvordan atomarskala modelleringer kan bruges til at screene forskellige typer materialer med henblik på at finde de bedste til en bestemt funktion, hvorefter termodynamisk modellering efterfølgende kan bruges til at undersøge stabiliteten af de fundne kandidater. I sidste ende kan makroskopisk diffusionsmodellering så bruges til at designe mikrostrukturer af de fundne kandidater med henblik på at optimere funktionaliteten. En studerende, der fuldt ud har opfyldt kursets mål, vil kunne:

• Beskrive den atomare struktur af materialer til anvendelse inden for energikonvertering og -lagring samt deres fysiske og kemiske egenskaber
• Beskrive de basale koncepter bag materialer baseret på flere komponenter
• Beskrive den basale teori bag tæthedsfunktionalteori (DFT), cluster expansion metoden og Monte Carlo-metoder
• Beskrive den basale teori bag termodynamiske metoder til computermodellering og CALPHAD-metoden
• Forklare hvordan modeller på forskellige fysiske skalaer kan kombineres
• Vælge en relevant metode til at simulere egenskaber for et materiale på forskellige skalaer
• Bruge eksisterende simuleringssoftware til at modellere egenskaberne for et materiale og stabiliteten af dets forskellige faser samt faseovergange
• Analysere resultaterne af atomistiske simuleringer
• Analysere egenskaberne af materialer baseret på flere komponenter ved hjælp af cluster expansion-modellen and Monte Carlo-simuleringer
• Designe nye materialer og undersøge hvordan forskellige parametre kan bruges til at optimere disse
• Skrive en rapport på engelsk, som beskriver koncepterne bag atomistisk og termodynamisk modellering af materialer

Kurset består af forelæsninger, som introducerer baggrundsteorien bag energiteknologier, materialefysik og kemi samt computermodellering. Forelæsningerne vil undervejs indeholde computerøvelser, hvor computersimuleringer bruges til materialedesign og optimering. Følgende emner vil blive behandlet: Overblik over teknologier og materialer inden for energikonvertering og -lagring. Computersimuleringer til brug inden for materialeforskning. Strukturen og egenskaberne for de relevante materialer. Fysiske og kemiske processer i energimaterialer. Den basale teori bag Density Functional Theory. Den basale teori bag cluster expansion metoden og Monte Carlo metoder. De fundamentale principper bag termodynamiske computersimuleringer og CALPHAD-metoden. Basale koncepter inden for modellering på forskellige skalaer. Hands-on modelleringer af materialer til brug inden for forskellige energiteknologier (batterier, solceller, brændselsceller). Et kompendie med kursusmateriale vil blive uddelt til de studerende. Kurset er relevant for BSc-programmerne i General Engineering, Kemi og Teknologi, Fysik og Nanoteknologi eller lignende.
Studerende, som gerne vil have en dybere forståelse af atomarskala metoder til materialemodellering anbefales at følge MSc kursus 47335, Computermodellering af materialer til energiapplikationer. 29. april, 2022