Lehrveranstaltungen (WiSe)

Electrochemical Energy Engineering (2V/1Ü) (Bachelor)

*Dieser Kurs wird nur auf Englisch angeboten.

Qualifikationsziele:

Die Studierenden besitzen fundierte Kenntnisse über elektrochemische Energiewandler wie Brennstoffzellen, Batterien und Elektrolyse und verstehen die dahinter liegenden elektrochemischen und physikalischen Prozesse. Die Teilnahme an der Lehrveranstaltung versetzt sie in die Lage, Qualität, Einsatzzweck und Betriebsbereich der Zellen einzuschätzen. Des Weiteren können sie die passende elektrochemische Zelle für eine gegebene Anwendung auswählen, analysieren, auslegen und betreiben. 

Inhalte:

Vorlesung:

• Einsatzzweck und Funktionsprinzip von Brennstoffzellen, batterien und Elektrolyseuren
• Thermodynamik, Potential und Spannung elektrochemischer Zellen
• Elektrochemische Reaktionen und Reaktionskinetik
• Transportprozesse in elektrochemischen Zellen
• Aufbau und Typen von Brennstoffzellen
• Betrieb und Charakterisierung elektrochemischer Zellen
• Brennstoffzellensysteme
• Aufbau und Typen von Batterien.

Übung:
Anwendung der Theorie auf Brennstoffzellen und Batterien inklusive Beispielrechnungen

Einführung in numerische Methoden für Ingenieure (2V/1Ü) (Bachelor)

Qualifikationsziele:

Die Studierenden besitzen nach Absolvieren dieses Moduls die Fähigkeit, numerische Methoden für die Lösung ingenieurwissenschaftlicher Probleme zielorientiert auszuwählen und am Computer einzusetzen. Sie können Simulationsergebnisse kritisch hinsichtlich numerischer Artefakte hinterfragen. In den begleitenden Übungen erlernen die Studierenden den praktischen Umgang mit aktuellen numerischen Methoden. Die Studierenden lernen die Möglichkeiten und Grenzen numerischer Methoden kennen und erlangen auf diese Weise die Fähigkeit, Ergebnisse numerischer Simulationen auf ihre Bedeutung für die Praxis zu bewerten.

Inhalte:

Vorlesung:
Motivationen für Simulationen; Beschreibung dynamischer Systeme mit algebraischen und gewöhnlichen Differentialgleichungen; Lösung nichtlinearer Gleichungssysteme; Integration gewöhnlicher Differentialgleichungen mit impliziten und expliziten Verfahren; konsistente Initialisierung von differential-algebraischen Systemen; Analyse dynamischer Systeme; Lösungsfortsetzung; Bifurkationsanalyse; Bereitstellung von Ableitungen. In der Vorlesung werden mathematische Grundlagen aufgegriffen und praxisorientiert ergänzt. Verfügbare kommerzielle und frei erhältliche Software, die zur Lösung numerischer Aufgaben aus der Praxis des Ingenieurs bzw. der Ingenieurin geeignet sind, wird vorgestellt.

Übung: In der Übung werden die in der Vorlesung unterrichteten Methoden an Beispielen mathematischer Modelle ingenieurwissenschaftlicher Systeme erprobt und bewertet. Auf diese Weise lernen die Studierenden, numerisch zu lösende Probleme selbstständig zu analysieren, zu entscheiden, welche Methoden zur Lösung geeignet sind, und diese Probleme anschließend praxisorientiert zu lösen. In der Übung kommt frei verfügbare und weit verbreitete kommerzielle Software, insbesondere Matlab, zum Einsatz. 

Interdisziplinäres Forschungsmodul Batterie (Master)

Qualifikationsziele:

Die Studierenden lernen die Prozesskette zur Herstellung von Lithium-Ionen-Batterien kennen. Durch experimentelle und simulative Versuche werden außerdem Kenntnisse zu Eigenschaften und Funktionweise der Batterien erarbeitet. Die Studierenden verbessern ihre Fähigkeiten in den Bereichen Kommunikation, Teamarbeit, wissenschaftliche Ausdrucksfähigkeit und praktisches Arbeiten.

Inhalte:

Das Forschungsmodul vermittelt ein eingehendes Verständnis von Prozessen im Chemie- und Energieingenieurwesen. Durch die Herstellung eigener Batteriezellen sowie die experimentelle Charakterisierung und Simulation dieser werden theoretische Hintergründe und die praktische Umsetzung behandelt. Das Modul gliedert sich in drei Teile: Am iPAT werden Elektroden für Batteriezellen hergestellt, charakterisiert und anschließend zu Laborzellen verbaut. Am InES werden die Zellen experimentell und simulativ charakterisiert. Ausgehend von den Ergebnissen werden am IfT simulative experimentelle Untersuchungen hinsichtlich des thermischen Verhaltens durchgeführt.

Ansprechpartner:

Hassan Karaki
Room 304, Langer Kamp 19b
+49 (531) 391 – 3039
h.karaki(at)tu–braunschweig.de


Anmeldung:

Termine im WS 2021/2022

Anmeldezeitraum:               ab sofort bei h.karaki[at]tu-braunschweig.de
Vorbesprechung:                 voraussichtliche erste oder zweite Vorlesungswoche
Praktikumstermine:             tba
Grobe Planung:                  tba

Die genauen Termine für das Labor im WS 2020/2021 werden noch bekanntgegeben. Es wird einen Termin zur Vorbesprechung geben. Dort werden die Gruppen eingeteilt und die Labortermine bekanntgegeben und auch die Abgabe der Protokolle besprochen. Die Anmeldung ist derzeit bereits möglich. Die Anmeldung erfolgt beim oben genannten Ansprechpartner per E-Mail. Für die Anmeldung werden folgende Angaben benötigt:

Name
Studienfach
Matrikelnummer
Fachsemester

Das Modul im StudIP ist mit einem Passwort versehen, dass Passwort wird an die sich angemeldeten Teilnehmer per E-Mail verschickt.

Das Modul wird sowohl im Sommer- als auch im Wintersemester angeboden. Es dauert etwa eineinhalb Wochen. In jedem Semester stehen 12 Plätze (3 Gruppen mit je 4 Personene) für Studierende zur Verfügung. Die finalen Termine für die Labor werden im Rahmen der Vorbesprechung bekanntgegeben.

Methoden der Prozessmodellierung und -optimierung (2V/1Ü) (Master)

Qualifikationsziele:

Die Studierenden eignen sich eine Vorgehensmethodik zur Modellierung verfahrenstechnischer, chemisch- bzw. biotechnologischer Prozesse an und besitzen grundlegende Kenntnisse in der deterministischen physikalischen, empirischen und stochastischen Modellierung sowie in der Prozessidentifikation und -optimierung. Sie können Prozesse analysieren und für die Beantwortung von Fragestellungen geeignete Modellansätze auswählen, Modelle aufstellen und lösen. 

Inhalte:

Vorlesung:

• Einführung in die Prozessmodellierung
• Physikalisch-deterministische Prozessmodellierung
• Empirische Prozessmodellierung und Prozessidentifikation
• Stochastische Modellierung
• Prozessoptimierung

Übung:
In den Übungen werden Beispielrechnungen zu den Modellierungs- und Optimierungsmethoden durchgeführt und auf (bio-)verfahrenstechnische Prozesse angewendet. Zusätzlich werden Möglichkeiten der Implementierung und Simulation der Prozesse mit Matlab aufgezeigt. 

Thermische Energieanlagen (ET3) (2V/1Ü) (Master)

Diese Veranstaltung wird in Kooperation mit der Ostfalia Hochschule angeboten. Aus diesem Grund kann es sein, dass die Termine für diese Vorlesung von der regulären Semestertermine der TU Braunschweig abweichen. Weitere Informationen stehen in StudIP.

Qualifikationsziele:
Nach Teilnahme an diesem Modul besitzen die Studierenden fundierte Kenntnisse über die Energieumwandlungen in thermischen Kraftwerken. Sie haben fundierte Kenntnisse über den Aufbau, die Konstruktion und die Auslegung thermischer Energieanlagen erworben. Die Studierenden sind nach Teilnahme an diesem Modul in der Lage, mit den erworbenen Kenntnissen neue Konzepte und Lösungen für thermische Anlagen zu entwickeln. 

Inhalte:

Vorlesung:
Entwicklung der Kraftwerke. Dampfkraftprozeß. Dampferzeuger (Vor- und Nachteile sowie Gründe für die Entwicklung der einzelnen Bauarten). Wärmetechnische Berechnung und Konstruktion von Dampferzeugern. Werkstoffe und Festigkeitsberechnung. Funktion und Auslegung der Hilfsaggregate wie Kondensator, Wasservorwärmer, Speisewasser- und Umwälzpumpe, Sicherheitsventile und Umleitstationen, Gebläse, Luftvorwärmer, Elektro-Filter, Entschwefelung, NOx -Minderung, Kamin. Dampfturbine. Gasturbine. Kombianlagen und Mehrstoffprozesse. Dynamik, Regelung und Steuerung. Normen und Abwicklung.

Übung:
Vertiefung der theoretischen Grundlagen durch Anwendung auf Beispiele aus der Kraftwerkstechnik, Auslegung, Konstruktion von Dampferzeugerbauelementen unter Beachtung von Regelwerken und Normen 

Wärmetechnik der Heizung und Klimatisierung (2V) (Master)

Qualifikationsziele:

Die Studierenden haben grundlegende Kenntnisse über die Energieversorgung von Gebäuden (Wohn- und Industriegebäude) mit Wärme für Heizzwecke und Warmwasser als auch für Kälte für Klimaanlagen und Ent- und Befeuchtung der Luft, sowie Energierückgewinnung aus der Abluft. Sie sind in der Lage Simulationsprogramme zu verstehen und zu bedienen. Die Studierenden sind in der Lage diese Anlagen zu verstehen, zu entwerfen und zu berechnen.

Inhalte:

Vorlesung:
Physiologische Grundlagen der Heizung und Klimatisierung, Metereologische Grundlagen, Wärmetechnische Grundlagen, Heiztechnische Bauelemente, Heiztechnische Systeme, Heiztechnische Berechnungen, Klimatechnische Bauelemente, Klimatechnische Systeme, Klimatechnische Berechnungen, Integration regenerativer Energien und Wärmerückgewinnung

Übung:
Auslegungsberechnung und Simulationen 

Moderne Batterien: Von elektrochemischen Grundlagen über Materialien zu Charakterisierungsmethoden:

Qualifikationsziele: 

Im Hinblick auf die Energiespeicherung in Batterien lernen die Studierenden die thermodynamischen und kinetischen Grundlagen zum Verständnis und zur Beschreibung elektrochemischer Reaktionen kennen. Sie werden mit den wichtigsten Konzepten und Ansätzen der Elektrochemie sowie bedeutsamen Aspekten der Materialwissenschaft und -technik vertraut gemacht und erfahren, wie sie in ausgewählten Anwendungen eingesetzt werden. Darüber hinaus erlangen die Studierenden das Wissen, wie Sie über geeignete Methoden Materialien und Elektroden charakterisieren und somit neue Materialien und Prozesse für moderne Batterien identifizieren und optimieren können.

Inhalte: 

Zunächst werden unter anderem wichtige Größen & Einheiten, Terminologie, Redoxreaktionen und Faraday’sche Gesetze vorgestellt. Darauf aufbauend werden elektrochemische Grundlagen wie beispielsweise Elektrolyte, galvanische und elektrolytische Zellen, thermodynamische Zustandsfunktionen, theoretische Zellenspannung und Halbzellen-/Elektrodenpotential erläutert. Anschließend wird die elektrochemische Kinetik erklärt und auf poröse Elektroden angewandt. Ferner wird die Bedeutsamkeit der Materialauswahl und entwicklung für die Herstellung moderner Batteriesysteme anhand von ausgewählten Beispielen dargestellt. Darüber hinaus werden essentielle Charakterisierungsmethoden vorgestellt, die bei der Material- und Elektrodenentwicklung wie auch der Prozessentwicklung/-optimierung verwendet werden und somit die Entwicklung neuer moderner Batterien ermöglichen.

Energy Systems

*This course is offered in English only.

Qualification Objectives:

Completing the "Energy Systems " course equips students with a deep understanding of energy fundamentals, including electrochemical, chemical energy, mechanical and nuclear energy and their real-world applications. They become proficient in conventional and renewable energy systems, capable of calculating energy flows and efficiencies. Students also master energy storage methods and network principles, including intelligent energy management. With the ability to design energy systems and choose sustainable solutions, they are prepared for careers in energy production, storage, and management, while staying updated on industry trends and emerging technologies.

Contents:

Energy Fundamentals

Energy Carriers

Chemical Reactions and Combustion Systems

Electrochemical Reactions

Electrochemical Energy Conversion

Heat Transfer and Thermodynamic Cycles

Solar and Photovoltaic Systems

Mechanical Energy Systems

Nuclear Energy Systems and Reactor Design

Energy Storage, Distribution, and Management