Аналитическая модель оценивает емкость батареи

Оптимизация батареи обычно включает в себя компромисс между энергией (количеством, которое она может хранить) и плотностью мощности (скоростью ее высвобождения), все из которых зависят от материалов, их конфигурации и таких внутренних структур, как пористость. Существуют регулируемые параметры, связанные со структурой, которые необходимо оптимизировать. Как правило, для поиска в пространстве параметров и нахождения наилучшей комбинации необходимо выполнить десятки тысяч вычислений. Это трудоемкий процесс.

Исследователи разработали более быстрый и простой метод, который не требует сложного численного моделирования для выбора и проектирования компонентов батареи и их взаимодействия. Упрощенная модель имеет точность в пределах 10 % по сравнению с алгоритмами, требующими больших вычислительных ресурсов, и позволит исследователям быстро оценить скорость работы аккумуляторов.

Почти все проектировщики и оптимизаторы аккумуляторных элементов используют псевдодвумерное (P2D) моделирование, выполнение которого обходится дорого. Это особенно становится проблемой при оптимизации аккумуляторных элементов, поскольку они имеют множество переменных и параметров, которые необходимо тщательно настроить для достижения максимальной производительности.

Новый инструмент обеспечивает более быстрый и прозрачный способ ускорить процесс проектирования и предлагает простые и четкие выводы, которые не всегда легко получить с помощью численного моделирования. Модель может быть легко реализована в таких распространенных программах, как MATLAB и Excel, и даже на калькуляторах.

Чтобы проверить модель, исследователи позволили ей найти оптимальную пористость и толщину электрода в обычных полно- и полуэлементных батареях. В процессе они обнаружили, что электроды с «равномерной реакцией», такие как никель-марганец-кобальт и никель-кобальт-оксид алюминия, лучше всего подходят для приложений, требующих толстых электродов для увеличения плотности энергии. Они также обнаружили, что полуэлементы батареи (только с одним электродом) по своей природе имеют более высокую скорость, а это означает, что их производительность не является надежным показателем того, как электроды будут работать в полных элементах, используемых в коммерческих батареях.