충전 시뮬레이션에서 활성 재료의 이방성 슬롯 게임 고려
흑연 입자 배향의 효과 재현
Geodict의 배터리 딕트를 사용한 미세 구조 시뮬레이션은 다양한 충전 프로파일 (일정한 C 속도, 일정한 전류, 일정한 전압) 하에서 배터리 전극 내의 미세 조상의 이온 플럭스 및 리튬 농도의 변화를 재현합니다.
グラファイトのような一般的な電池の活物質は、その原子構造に起因して、リチウムイオンの拡散に強い方向依存性を示します。例えばグラファイトでは、グラフェン面に沿った拡散 + (dpara ＝ 4.4e-10 m²/s) 따라서 단일 흑연 입자 내의 리튬 이온 수송은 본질적으로 그래 핀 표면을 따라 발생합니다. 실제로, 그래 핀 표면에 수직 인 이온 수송은 무시할 수있다.
1. 예 1 : 이방성 슬롯 게임을 고려한 흑연 전극
geodict를 사용하면 충전/방전 공정에서 이방성 슬롯 게임 특성과 전극 미세 구조 사이의 상호 작용을 고려할 수 있습니다. 흑연 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 흑연 입자에 대해, 스트라이프 패턴은 짧은 축 방향, 즉 그래 핀 표면에 수직 인 방향으로 슬롯 게임을 방지한다.
흑연에서 방향 의존적 슬롯 게임의 효과는 충전 시뮬레이션 결과에서 관찰됩니다. 이 예는 그림 1의 흑연 전극이 2C에서 0.01V의 컷오프 전압으로 충전되는 방법을 보여줍니다. 줄무늬 구조를 사용하여 흑연의 이방성 슬롯 게임을 고려한 충전 시뮬레이션 (파란색 라인)에서, 전극 전위 Li/Li+는 시뮬레이션 (빨간색 선)보다 충전 중에 더 빨리 감소한다는 것을 알 수 있습니다.
2. 예 2 : 스캔 된 이미지에서 수입 및 모델링 된 흑연 전극
![이방성 슬롯 게임을 나타내는 라인 패턴을 가진 흑연 전극 구조, 그림 3 [2]](img/charging-sim_3.png)
이방성 슬롯 게임은 수입 된 µCT/FIB-SEM 스캔에서 모델링 된 미세 구조에도 적용될 수 있습니다. 이를 위해, 우리는 곡물 모듈의 식별 입자를 사용하여 수입 구조에서 개별 흑연 입자를 인식하고 각 입자에 라인 패턴을 적용합니다.
그러한 구조에서, 충전 곡선에 대한 이방성 슬롯 게임의 효과도 관찰된다. 그림 4는 충전 속도 2C에서의 전극 전위를 비교 한 배터리 딘트의 시뮬레이션 결과를 보여줍니다. 이방성 슬롯 게임을 고려할 때, 전극 전위는 낮다 (파란색 선). 실시 예 1과 유사하게, 이방성 슬롯 게임 성을 고려할 때, 스캔 된 흑연 전극의 충전은 더 불균일 한이므로, 이는 등방성 슬롯 게임 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 슬롯 게임을 고려"의 일본어 번역입니다.
[1] K. Persson et al.,“흑연 탄소의 리튬 슬롯 게임”, J. Phys. 화학 Lett., Vol. 1, 아니오. 8, pp. 1176–1180, 2010 년 4 월, doi :10.1021/jz100188d.
[2] J. Sandherr et al.,“셀 성능을 향상시키기 위해 리튬-이온 배터리를위한 흑연 기반 양극의 마이크로 엠보싱”, Journal of Energy Storage, vol. 65, p. 107359, 2023 년 8 월, doi :10.1016/j.est.2023.107359.
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