賴斯大學(xué)的工程師說(shuō)，一種更簡(jiǎn)單，更有效的預(yù)測(cè)性能的方法將導(dǎo)致電池性能更好。他們的方法比當(dāng)前的建模技術(shù)快100,000倍，這是一個(gè)不錯(cuò)的收獲。

由材料科學(xué)家Ming Tang和萊斯大學(xué)布朗工程學(xué)院的研究生Fan Fan開(kāi)發(fā)的分析模型不需要復(fù)雜的數(shù)值模擬來(lái)指導(dǎo)電池組件的選擇和設(shè)計(jì)以及它們?nèi)绾蜗嗷プ饔谩?/p>

在Rice上開(kāi)發(fā)的簡(jiǎn)化模型(可在線免費(fèi)訪問(wèn))可以完成繁重的工作，其精度僅為計(jì)算強(qiáng)度更高的算法的10%。唐說(shuō)，這將使研究人員能夠快速評(píng)估為地球供電的電池的速率能力。

結(jié)果顯示在開(kāi)放存取期刊Cell Reports Physical Science中。

唐說(shuō)，顯然需要更新的模型。

“幾乎所有設(shè)計(jì)和優(yōu)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(yùn)行起來(lái)很昂貴，” Tang說(shuō)。“如果要優(yōu)化電池，這尤其成為問(wèn)題，因?yàn)樗鼈兙哂性S多變量和參數(shù)，需要仔細(xì)調(diào)整以最大化性能。

他說(shuō)：“促使這項(xiàng)工作的動(dòng)機(jī)是，我們意識(shí)到我們需要一種更快，更透明的工具來(lái)加快設(shè)計(jì)過(guò)程，并提供簡(jiǎn)單，清晰的見(jiàn)解，而這些見(jiàn)解往往并不容易從數(shù)值模擬中獲得。”

電池優(yōu)化通常涉及紙張?jiān)谀芰?其可存儲(chǔ)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(nèi)部結(jié)構(gòu)：孔隙率。

唐說(shuō)：“有很多與您需要優(yōu)化的結(jié)構(gòu)相關(guān)的可調(diào)參數(shù)。” “通常，您需要進(jìn)行數(shù)以萬(wàn)計(jì)的計(jì)算，有時(shí)還需要進(jìn)行更多的計(jì)算以搜索參數(shù)空間并找到最佳組合。這并非不可能，但這會(huì)花費(fèi)很長(zhǎng)時(shí)間。”

他說(shuō)，萊斯模型可以很容易在MATLAB和Excel等通用軟件中甚至在計(jì)算器上實(shí)現(xiàn)。

為了測(cè)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(guò)程中，他們發(fā)現(xiàn)具有“均勻反應(yīng)”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(yīng)用。

他們還發(fā)現(xiàn)，電池半電池(只有一個(gè)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(biāo)，無(wú)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(shí)驗(yàn)室試圖了解和優(yōu)化電池電極的微觀結(jié)構(gòu)與性能之間的關(guān)系有關(guān)，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(yuǎn)。追求速度。