分析模型可幫助研究人員微調電池性能

賴斯大學的工程師說，一種更簡單，更有效的預測性能的方法將導致電池性能更好。他們的方法比當前的建模技術快100,000倍，這是一個不錯的收獲。

由材料科學家Ming Tang和萊斯大學布朗工程學院的研究生Fan Fan開發的分析模型不需要復雜的數值模擬來指導電池組件的選擇和設計以及它們如何相互作用。

在Rice上開發的簡化模型(可在線免費訪問)可以完成繁重的工作，其精度僅為計算強度更高的算法的10%。唐說，這將使研究人員能夠快速評估為地球供電的電池的速率能力。

結果顯示在開放存取期刊Cell Reports Physical Science中。

唐說，顯然需要更新的模型。

“幾乎所有設計和優化電池的人都使用一種成熟的方法，稱為P2D(用于偽二維)仿真，這種方法運行起來很昂貴，” Tang說。“如果要優化電池，這尤其成為問題，因為它們具有許多變量和參數，需要仔細調整以最大化性能。

他說：“促使這項工作的動機是，我們意識到我們需要一種更快，更透明的工具來加快設計過程，并提供簡單，清晰的見解，而這些見解往往并不容易從數值模擬中獲得。”

電池優化通常涉及紙張在能量(其可存儲的量)和功率密度(其釋放速率)之間的“永久性折衷” ，所有這些均取決于材料，其配置以及諸如以下的內部結構：孔隙率。

唐說：“有很多與您需要優化的結構相關的可調參數。” “通常，您需要進行數以萬計的計算，有時還需要進行更多的計算以搜索參數空間并找到最佳組合。這并非不可能，但這會花費很長時間。”

他說，萊斯模型可以很容易在MATLAB和Excel等通用軟件中甚至在計算器上實現。

為了測試該模型，研究人員讓其搜索了普通全電池和半電池中電極的最佳孔隙率和厚度。在此過程中，他們發現具有“均勻反應”行為的電極(例如鎳錳鈷和鎳鈷鋁氧化鋁)最適合需要厚電極以增加能量密度的應用。

他們還發現，電池半電池(只有一個電極)固有地具有更好的速率能力，這意味著它們的性能并不是可靠的指標，無法證明商用電池中的完整電池中電極的性能。

該研究與Tang實驗室試圖了解和優化電池電極的微觀結構與性能之間的關系有關，最近幾篇論文的主題是這些研究表明，陰極中的缺陷如何加速鋰的吸收以及如何將鋰電池推入電池中太遠。追求速度。