Die Verwendung mathematischer Modelle hilft beim Entwurf von Lithiumbatterien

Mit der raschen Aufrüstung elektronischer Produkte in der Welt und der kräftigen Entwicklung der neuen Energie-Automobilindustrie, des intelligenten Stromnetzes und des Energiespeichers von Kraftwerken bilden Lithium-Ionen-Batterien den Kern dieser modernen High-Tech-Industrie und nehmen eine zentrale Position ein . Die Vor- und Nachteile des Batteriedesigns bestimmen direkt das Schicksal von Lithium-Elektrizitätsunternehmen im harten Wettbewerb auf dem Markt.

Für große Lithium-Elektrizitätsunternehmen in China ist das Design von Batterien seit jeher aus wiederholten Experimenten hervorgegangen. Obwohl die endgültige Batterieleistung optimiert wurde, hat sie enorme Arbeitskräfte, Materialressourcen und Zeit verbraucht, darunter viele gut ausgebildete Forscher. Mit der zunehmenden Komplexität des Batteriesystems werden Unternehmen zunehmend in das Batteriedesign investieren, aber das Design der Batterieleistung ist nicht unbedingt ein Teil der Verbesserung.

Diese ineffiziente Entwurfsmethode ist auch einer der wichtigen Gründe, warum die inländische Batteriedesign-Technologie im Ausland immer hinterherhinkt. Noch bedauerlicher ist jedoch, dass viele Unternehmen dieses Problem noch nicht erkannt haben. Vielleicht sind sich einige Unternehmen mit einer guten Forschungs- und Entwicklungsgrundlage dessen bewusst, aber sie wissen nicht, wie sie Arbeitskräfte koordinieren und geeignete Lösungswege finden können.

Das mathematische Modell einer Lithium-Ionen-Batterie besteht darin, die physikalischen Indizes und Elektrodenentwurfsindizes verschiedener in der Batterie verwendeter Materialien zu parametrisieren. Durch mathematische Berechnung werden die Lade- und Entlade-, Multiplikator- und Zykluseigenschaften der Batterie erhalten. Durch Anpassen eines oder mehrerer dieser Parameter können Batterien entworfen, die Batterieleistung vorhergesagt und ihr Zweck optimiert werden.

Beispielsweise führt die Partikelskala verschiedener aktiver Materialien zu unterschiedlichen Materialnutzungsraten, was sich auf die Kapazität der Elektrode auswirkt, was den Batterieentwicklern bei der Auswahl aktiver Materialien hilft. Zusätzlich beeinflussen die Elektrodenquetschdichte und die Elektrodenporosität auch die Endleistung der Batterie. Unter Verwendung des Modells kann der Effekt unterschiedlicher Quetschdichte oder Porosität auf die Batterieleistung berechnet und das Elektrodendesign und der Herstellungsprozess optimiert werden.

Dr. Maozhiyu vom Department of Chemical Engineering der University of Waterloo in Kanada veröffentlichte kürzlich seine Ergebnisse in Fachzeitschriften wie der American Electrochemical Society und dem International Journal of Electrochemistry über die Verwendung mathematischer Modelle auf dem Gebiet der Lithium-Ionen-Batterien. Anleitung zum effizienten Design und zur Optimierung von Lithium-Ionen-Elektroden.

Diese Studie kann Lithiumforscher von zeitaufwändigen Experimenten befreien und Verbindungen zwischen aktiven Materialien, Elektrodendesign und Batterieleistung herstellen, sodass Ingenieure das Batteriedesign unter dem Gesichtspunkt von Materialien, Prozessen und Elektrodendesign quantitativ betrachten können. Optimierung des Herstellungsprozesses und Analyse des Fehlermodells, die neue Ideen und Richtungen für die Entwicklung von Lithium-Ionen-Batterien eröffneten. Darüber hinaus kann es auch verwendet werden, um die Kinetik der Elektrodenreaktion zu analysieren, den internen Reaktionsmechanismus zu verstehen und den Forschungs- und Entwicklungsmitarbeitern von Batterien theoretische Anleitungen zu geben.

Gaogong Li-Yi wird nacheinander die Forschungsergebnisse von Dr. Maozhiyu veröffentlichen. Als konkretes Beispiel für die Anwendung mathematischer Modelle beim Entwurf von Lithium-Ionen-Batterien begrüßt Dr. Maozhiyu auch verschiedene Forschungs- und Entwicklungsingenieure und -wissenschaftler mit Lithium-Technologie zur Kommunikation mit ihr (E-Mail: Zhiyumao@gmail.com).

Dr. Maozhiyu absolvierte das Department of Chemical Engineering an der Universität von Waterloo, Kanada. Während seiner Promotion beschäftigte er sich hauptsächlich mit der Untersuchung von Elektrodenmodellen und Mechanismen zur Verringerung der Lebensdauer kommerzieller Lithium-Ionen-Kraftzellen. Er entwickelte Modellidentifikationstechniken für kommerzielle aktive Lithium-Ionen-Batterie-Materialien. Das Bewertungssystem für die Batterielebensdauer ist festgelegt.

Das von ihm entwickelte mathematische Modell spielte eine wichtige Rolle beim Entwurf und der Optimierung der Elektroden von Lithium-Ionen-Batterien. In dieser Zeit veröffentlichte er 5 technische Artikel in den maßgeblichen Fachzeitschriften des Erstautors auf dem Gebiet der Lithiumelektrizität, darunter "Journal of Electricality" und "Electricica Acta".

Dr. Maozhiyu verfügt über sieben Jahre Erfahrung in der theoretischen Forschung zur Lithium-Ionen-Batterietechnik und zwei Jahre Erfahrung in der kommerziellen Entwicklung von Lithium-Ionen-Batterien. Er hat systematische und eingehende Untersuchungen zur Reaktionskinetik von lithiumeisenphosphat-Elektroden durchgeführt. Er war auch verantwortlich für das experimentelle Design und das Projektmanagement des gemeinsamen Technologieprojekts "JS-208" der Central Electric Vehicle Industry Alliance. Seit September 2016 studiert er weiter in Kanada für Postdoktoranden und ist zu Newtech PowerInc gekommen. als wissenschaftlicher Forscher. Er ist hauptsächlich verantwortlich für die Entwicklung und Industrialisierung neuer lithiumelektrischer Materialien und neuer Energiespeichersysteme.

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