충전 시뮬레이션에서 활성 재료의 이방성 슬롯을 고려

슬롯 입자 배향의 효과 재현

Geodict의 배터리 디틱을 사용한 미세 구조 시뮬레이션은 다양한 충전 프로파일 (일정한 C 속도, 일정한 전류, 일정한 전압) 하슬롯 배터리 전극 내의 이온 플럭스 및 리튬 농도의 변화를 재현합니다.
슬롯과 같은 일반적인 배터리 활성 재료는 원자 구조로 인한 리튬 이온의 확산에 강한 방향 의존성을 나타냅니다. 예를 들어, 슬롯에서, 그래 핀 표면을 따라 확산 (DPARA = 4.4E-10 m²/s)은 6 배 더 큽니다. 따라서, 단일 슬롯 입자 내의 리튬 이온 수송은 본질적으로 그래 핀 표면을 따라 발생한다. 실제로, 그래 핀 표면에 수직 인 이온 수송은 무시할 수있다.

그림 1 BatteryDict를 사용한 충전 시뮬레이션은 슬롯 입자의 이방성 확산을 나타내는 줄무늬 패턴을 가진 슬롯 전극을 보여줍니다

그림 2 이방성 슬롯 유무에 관계없이 2C로 충전하는 동안 전극 전위

geodict를 사용하면 충전/방전 공정에서 이방성 확산 특성과 전극 미세 구조 사이의 상호 작용을 고려할 수 있습니다. 슬롯 입자는 두 가지 다른 재료 ID로 구성된 스트라이프 패턴으로 시뮬레이션됩니다. BatteryDict의 시뮬레이션 모델은 활성 재료의 다른 재료 ID 간의 ION 교환을 자동으로 방지합니다. Geodict의 구조 생성기는 몇 번의 마우스 클릭만으로 이러한 줄무늬 미세 구조를 생성합니다. 각각의 타원형 슬롯 입자에 대해, 스트라이프 패턴은 짧은 축 방향, 즉 그래 핀 표면에 수직 인 방향으로 확산을 방지한다.

슬롯에서 방향 의존적 확산의 효과는 충전 시뮬레이션 결과에서 관찰됩니다.
이 예제는 그림 1의 슬롯 전극이 2c에서 0.01V의 컷오프 전압으로 충전되는 것을 보여줍니다. 줄무늬 구조를 사용하여 슬롯의 이방성 확산을 고려한 충전 시뮬레이션 (파란색 라인)에서, 전극 전위 Li/Li+는 시뮬레이션 (빨간색 선)보다 충전 중에 더 빨리 감소한다는 것을 알 수 있습니다.

이방성 확산을 나타내는 라인 패턴을 갖는 슬롯 전극 구조, 그림 3 [2]

그림 4 그림 4 2C 충전 동안 슬롯 전극의 이방성 확산을 고려하고 고려하지 않는 조건 하에서 전극 전위

이방성 확산은 수입 된 µCT/FIB-SEM 스캔에서 모델링 된 미세 구조에도 적용될 수 있습니다. 이를 위해, 우리는 곡물 모듈의 식별 입자를 사용하여 수입 구조에서 개별 슬롯 입자를 인식하고 각 입자에 라인 패턴을 적용합니다.
그러한 구조에서, 충전 곡선에 대한 이방성 확산의 효과도 관찰된다. 그림 4는 충전 속도 2C에서의 전극 전위를 비교 한 배터리 딘트의 시뮬레이션 결과를 보여줍니다. 이방성 확산을 고려할 때, 전극 전위는 낮다 (파란색 선). 실시 예 1과 유사하게, 이방성 확산 성을 고려할 때, 스캔 된 슬롯 전극의 충전은 더 불균일 한이므로, 이는 등방성 확산 성과 비교하여 더 낮은 수송 용량에서 전극 전위가 감소 함을 의미한다.

이 기사는 Math2Market gmbh의 다음 웹 사이트에 게시 된 기사를 기반으로합니다.충전 시뮬레이션에서 활성 재료의 이방성 슬롯을 고려|"의 일본어 번역입니다.