电池虚拟制造：迈向能源科学的元宇宙

SIMUBAT 4.0一款锂离子电池制造过程教育游戏，用于与VR环境中的锂离子电池或钠离子电池制造试验线进行交互。

在整个游戏中，玩家都会被位置标记引导，指示玩家必须执行的制造过程步骤。在游戏开始时，玩家必须进入一个黑板（图1a），上面列出了设想的LIB电极的化学成分和配方，电极属性（例如厚度、孔隙率）和电池能量。游戏包含属性目标的数据库，这些目标在每个游戏开始时随机提出。

然后玩家开始制造石墨电极，首先玩家必须靠近一张桌子（图1b），在那里他必须挑选石墨电极浆料，由石墨颗粒，碳添加剂和CMC粘合剂制成，在水中形成悬浮液（图1c）。然后，玩家必须将其带到混合机（图1d）。在这台机器的侧面，玩家找到一个控制面板（图 1e），他必须在其中选择正确的混合参数值（混合速度和时间），以便开始混合预先准备好的浆料，混合过程由游戏动态模拟。混合完成后，玩家必须将石墨浆料容器放在涂布/干燥机附近（图1 f）。在相应的控制面板中找到正确的参数值（涂层速度和逗号间隙）后，玩家可以开始涂布和干燥（图 1g）。然后玩家必须走到涂布/干燥机的另一侧拿起极片（图 1h）。然后，他必须将其带到切割机（图1i），玩家通过按下相应控制面板中的开始按钮来启动极片切割。完成后，玩家必须拿起电极并将其放入辊压机中（图1 j）。在控制面板中，玩家必须找到正确的参数值（辊压间隙、温度和速度），才能开始动态模拟压延过程（图1 k）。然后玩家需要走到压延机的另一侧，拿起压延的石墨电极，放在已经放置隔板带的绕线机中（图1l）。

图1  锂离子电池极片虚拟制造过程

随后，玩家必须重新开始制造NMC电极的整个过程，再次进入有NMC电极浆料容器（由NMC活性材料颗粒，碳添加剂颗粒和粘合剂在非水溶剂（如NMP）中的悬浮液制成）的桌子，然后转到混合机，依此类推。

图2  锂离子电池组装虚拟制造过程

之后，一旦玩家将NMC电极放入绕线机中，就可以开始卷绕过程以制造圆柱形电池（18650）。然后，玩家必须拿起电池（图 2 a）并将其带到焊机，在那里可以按下启动按钮（图2b）开始焊接。完成后，玩家必须将电池带到电解液填充室，其中也包含封口机（图2c）。该腔室包含一个干燥器，模拟从电池中除水（图2d）。然后模拟电解液填充（图2e），再进行封口过程。最后，玩家必须将电池带到电化学测试仪（图2 f），该测试仪显示了电池能量（图 2g）。

该游戏开发主要为使用HTC Vive硬件在VR环境中玩（图2h和i）。但是为了最大限度地扩大这款游戏的影响力，作者还开发一个可以从互联网浏览器播放的版本。