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锂电池伪二维模型COMSOL绘制额外维度三维颗粒锂浓度分布云图

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锂离子电池电化学伪二维模型(P2D)将电池几何结构简化为一维线段,如图1所示,内部单层的基本结构主要包含负极、 隔膜、 正极三个区域等。x为电池正-负极间厚度方向维度,r为电极活性颗粒的球坐标径向维度,这是一个额外的维度,这也是该模型称为伪二维模型的原因。具体的极片结构参数包括:负极厚度,隔膜厚度,正极厚度,孔隙率、活性颗粒体积分数等。

图1  锂离子电池伪二维P2D模型

P2D电池模型通过计算固相扩散方程;液相扩散方程;电荷守恒定律;化学动力学方程等偏微分方程,获取电池一维线段上各处的固相电势、液相电势、电解液锂浓度、固相锂浓度等物理量在充放电过程种随时间的演变。此外,额外维度颗粒半径方向上的锂浓度也可以通过菲克第二定律计算获得。    

为了直观描述,COMSOL软件锂离子电池P2D模型在后处理过程中,可以绘制三维颗粒的锂浓度分布云图。这里介绍如何绘制三维颗粒的锂浓度分布云图。本文后面介绍是软件后处理具体的操作步骤,分享给刚好需要的朋友们,如果没有此需求可直接跳至文章最后关注COMSOL的官方直播课具体步骤如下:

(1)将计算获得的解数据集复 制一份,在组件栏选择源自颗粒插层的额外维度,即颗粒径向的计算结果。如果绘制负极颗粒就选择负极颗粒插层的额外维度;如果绘制正极颗粒就选择负极颗粒插层的额外维度。

(2)在结果数据集中添加一维旋转,数据集选择第(1)步中的颗粒插层额外维度解数据,将其旋转180°,形成半圆数据集。   

(3)在结果数据集中添加二维旋转,数据集选择第(2)步中的一维旋转数据,通过两点连成直线设定旋转轴,即第(2)步中半圆的(0,0)和(1,0),相当于半圆数据集的x轴。将其旋转270度,形成3/4球体,露出1/4截面,显示球体内部结果。   

(4)在结果中添加三维绘图,数据集选择前面形成的二维旋转,然后在三维绘图中添加表面绘图,在表达式中输入comp1.atxd1(L_neg+L_sep+L_pos*1,liion.cs_pce2),生成三维颗粒内部锂浓度分布云图。

COMSOL软件中有两个物理范畴的运算符计算额外维度的物理量:.atxd0(用于点计算)和.atxd1(用于边计算)。comp1.atxd1(L_neg+L_sep+L_pos*1,liion.cs_pce2)中,comp1表示对组件1进行相关计算,L_neg+L_sep+L_pos*1表示一维线段中的x坐标值,即显示x=L_neg+L_sep+L_pos*1处球形颗粒的物理量,liion.cs_pce2表示正极颗粒的锂浓度。.atxd1(x坐标,颗粒参数)内部两个参数需要对应,x坐标范围为负极域时,颗粒参数需要选择负极的颗粒参数;x坐标范围为正极域时,颗粒参数需要选择正极的颗粒参数。



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来源:锂想生活
Comsol化学储能
著作权归作者所有,欢迎分享,未经许可,不得转载
首次发布时间:2024-08-07
最近编辑:3月前
堃博士
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导电渗流理论

锂离子电池实际极片中,活性物质尤其是正极材料电子导电性能相对较差,电子传输路径主要通过导电剂路径来实现,因此电池制造过程中需要加入导电剂,主要作用是提升电子导电性能。导电剂在活性物质颗粒之间,活性物质颗粒与集流体之间起到传导电子、收集微电流的作用,从而降低电极的接触电阻,有效降低电池的极化现象。导电网络的形成依赖于导电剂在电极中的分布和形态。导电网络逾渗流理论模型可以用于预测和计算在特定浓度下形成连续导电网络的概率,从而为制备具有优异电导性能的复合材料提供了理论基础。渗流理论最初被用于分析无序系统中全局连通性开始附近的物理现象。几何渗流转变(渗流阈值)定义如下:次要相(即填料)的颗粒相互接触,并且连续的团簇延伸到整个系统。这种渗流理论可以用于解释非均相多组分的物理性质,比如导电性或导热性等。当填料含量接近该阈值时,复合材料的物理性能发生剧烈的非线性变化,如图1所示。比如导电-绝缘转变附近的系统输运特性可以用幂律关系表示:图1渗流理论与复合材料在渗流阈值fc附近的输运性能的非线性变化(蓝色线),插图显示了复合材料微观结构中填料的几何形貌。当fv<fc时,电导率与填料含量的关系为:当fv>fc时,电导率与填料含量的关系为:其中fv是导电第二相的体积分数,fc是渗流阈值,t是导电区的临界指数,s是绝缘区的临界指数。通过应用这一理论,我们可以优化电极配方,确保导电剂的含量既能保证良好的电导性,又能避免过量添加导致的成本增加或性能下降。在电极材料中,零维的颗粒状导电剂虽然易于在活性物质表面均匀分散,有利于形成局部的电子通路,但在电极厚度方向上不利于形成连续的电子传输通道。一维纤维状导电剂则相反,它们难以与活性物质形成紧密接触,局部电子传导能力较差,但它们的长链结构有助于长程电子传导。二维片状导电剂如石墨烯,具有高电导率和超薄结构,能够通过“面-点”接触有效提升电极的电子传导性能。因此,通过结合使用不同结构的导电剂,可以充分利用各自的优点,构建出更加完整和高效的导电网络。参考文献:QinghuiJiang,JunyouYang,PeterHingandHaitaoYe,Recentadvances,designguidelines,andprospectsofflexibleorganic/inorganicthermoelectriccomposites,MaterAdv2020,1,1038-1054.来源:锂想生活

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仿真秀1111195805
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1月前
官方直播课在哪里呢?
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