Передовая аналитическая модель раскрывает оптимальную производительность батарей

Оптимизация батарей обычно подразумевает компромисс между энергией (количеством, которое она может хранить) и плотностью мощности (скоростью ее выпуска), все это зависит от материалов, их конфигураций и таких внутренних структур, как пористость. Существуют настраиваемые параметры, связанные со структурой, которые нужно оптимизировать. Обычно десятки тысяч расчетов должны быть сделаны для поиска параметрического пространства и нахождения лучшей комбинации. Это трудоемкий процесс.

Исследователи разработали более быстрый и простой метод, не требующий сложного численного моделирования для руководства выбором и проектированием компонентов батарей и их взаимодействием. Упрощенная модель имеет точность в пределах 10% от более вычислительно интенсивных алгоритмов и позволит исследователям быстро оценивать скоростные способности батарей.

Почти все проектировщики и оптимизаторы батарейных ячеек используют псевдодвумерные (P2D) симуляции, которые дороги в запуске. Это особенно становится проблемой при оптимизации батарейных ячеек, потому что у них много переменных и параметров, которые нужно тщательно настроить для максимизации производительности.

Новый инструмент обеспечивает более быстрый, более прозрачный способ ускорения процесса проектирования и предлагает простые, ясные инсайты, которые не всегда легко получить из численных симуляций. Модель может быть легко реализована в таком распространенном ПО, как MATLAB и Excel, и даже на калькуляторах.

Для тестирования модели исследователи позволили ей искать оптимальную пористость и толщину электрода в обычных полноценных и полуячейках. В процессе они обнаружили, что электроды с поведением "равномерной реакции", такие как никель-марганец-кобальт и никель-кобальт-алюминий оксид, лучше всего подходят для приложений, требующих толстых электродов для увеличения плотности энергии. Они также обнаружили, что батарейные полуячейки (с только одним электродом) имеют врожденно лучшие скоростные способности, означая, что их производительность не является надежным индикатором того, как электроды будут выполняться в полных ячейках, используемых в коммерческих батареях.