представить (кого-л. на работу и т.д.)

Благодаря стремительному развитию литий-ионные аккумуляторы (LIB) получили широкое распространение в электрических и гибридных электромобилях. Однако для увеличения плотности выходной мощности необходимо создавать оптимальные пористые структуры в электродных слоях, поскольку перенос ионов и электронов лития сильно зависит от этой гетерогенной структуры. В любом случае, электроды из Si и Sn были разработаны как высокоемкие анодно-активные материалы. В частности, были представлены различные новые материалы с точки зрения емкости, безопасности и циклических характеристик. Однако было проведено мало исследований по разработке электродных структур с использованием этих анодных материалов, поскольку это требует учета эффекта объемного расширения во время зарядки и разрядки и является сложной задачей. В нашем предыдущем исследовании мы рассчитали электрохимические реакции и массоперенос, используя объемное расширение активного материала в качестве параметра в расчетах. В данном исследовании мы сначала сравнили результаты моделирования с фактическими изменениями толщины и экспериментально полученными кривыми заряда. Затем мы использовали модель для сравнения каждого активного материала анода в условиях зарядки. Мы использовали предыдущую модель моделирования. Были сделаны следующие предположения: (1) электродный слой представляет собой однородную пористую структуру, поэтому расчеты проводились в одномерном режиме; (2) распределение температуры внутри ячейки равномерно; (3) размер частиц активного материала мал, что позволяет литию быстро диффундировать внутри частиц активного материала. Поэтому распределение концентрации лития в частицах является равномерным; (4) положительным активным веществом является LiCoO2, а отрицательным электродом - графит или кремний. (5) Влияние трещин и сколов, образующихся в электродном слое, игнорируется.

Приложения

В данной статье мы акцентируем внимание на том, что для улучшения характеристик литий-ионных аккумуляторов важна не только разработка материалов, но и оптимальный дизайн электродной структуры. Однако трудно изучить влияние объемного расширения активных материалов анода на внутренние явления, и поэтому было проведено мало исследований, чтобы понять влияние оптимальных электродных слоев. В данном исследовании мы изучили влияние коэффициента расширения активных материалов на чистую зарядную емкость и чистую кратность заряда в случае графита и кремния в качестве активных материалов отрицательного электрода. Характеристики заряда рассчитывались с помощью уравнений, основанных на теории пористых электродов и выражающих изменения параметров, вызванные расширением. Кроме того, достоверность имитационной модели была проверена путем сравнения с экспериментально измеренными изменениями толщины и кривыми заряда. В результате емкость аккумуляторов на графитовых элементах оказалась выше, чем на кремниевых, в условиях высокой кратности. Динамические структурные свойства как эффективный параметр ионной проводимости зависят от пористой структуры, которая уменьшается вблизи мембраны и увеличивает сопротивление ионной проводимости. В случае Si использование активного материала Si ниже, чем графита, поскольку реакция значительно концентрируется вблизи диафрагмы.

На рисунке 3 представлены Для подтверждения достоверности этой имитационной модели мы исследовали связь между эффективностью зарядки и изменением толщины слоя электродов. Полученные результаты сравнивались с результатами моделирования. Мы использовали систему электрохимического наблюдения (ECCS B310, Lasertec Corporation, Япония) для наблюдения за поперечным сечением LiBs в условиях зарядки. На рис. 4 приведены примеры измеренных и экспериментальных, а также рассчитанных результатов для характеристик зарядки и изменения толщины. В качестве катода и анода использовались слои LCO и графитового электрода, соответственно. Толщина обоих слоев составляет 40 мкм. В данном сравнении моделирование проводилось при толщине 40 мкм. Это отличается от рис. 3. На рис. 4 (a) изменение толщины ячейки для каждого SOC измерено в четырех точках. На этих графиках расчетные и экспериментальные результаты для кривых заряда и изменения толщины практически идентичны друг другу. Таким образом, достоверность моделирования может быть подтверждена.

источник (информации и т.д.)

Авторы: Гэн Иноуэа, Казуки Икешитаб, Минами Ивабуб, Юкари Сагаэб и Мотоаки Кавасэ

Институт: Факультет химического машиностроения, Университет Кюсю, 744 Мотоока, Ниши-ку, Фукуока, 819-0395, Япония; Факультет химического машиностроения, Университет Киото, Киотодайгаку Кацура, Киото, 615-8510, Япония Факультет химического машиностроения, Киотский университет, Киотодайгаку Кацура, Киото, 615-8510, Япония

Журнал: Электрохимическое общество

Сайт источника статьи:Моделирование литий-ионного аккумулятора с учетом эффекта объемного расширения активных материалов