• Description
COMSOL Multiphysics ® 5.2a版針對電池與燃料電池模組的用戶引入了新增的反應流多物理場介面,用於耦合氣體和液體中的流體流動和反應;新增單粒子電池介面,簡化鋰離子電池和金屬氫-鎳電池的建模;擴展了鋰離子電池和二元電解液電池介面的功能,引入了快速組合選項,提升了求解器預設設定,以及高和低SOC的數值穩定性。請閱讀下文進一步詳細了解電池與燃料電池模組的所有更新。

新增單粒子電池介面

新的單粒子電池介面提供了一種更為簡便方法來模擬電池,包括鋰離子電池和二元電解液電池。描述電池的控制方程通常適用於低和中等電流等級,既可以在全域定義(導致小的計算負載),也可以在幾何中局部定義。局部選項可以用於研究大型電池包中的非均勻溫度分佈效應。

鋰離子電池的放電曲線比較,使用單粒子模型(無線標記)和考慮沿電極厚度變化的模型(有線標記)。 單粒子在低和中等負載(0.1 C) 時有很好的一致性,但是在較高負載(2 C) 時出現較大誤差。

新增反應流多物理場介面

為了加強對氣體和液體中流體流動和反應的研究,新的反應流多物理場介面將單相流濃物種輸送介面相結合。與之前作為單獨的介面使用相比,現在可以更好地控制每個物理場介面中的設置以及這些介面之間的多物理場耦合。

透過使用新的反應流耦合功能,單獨或同時求解任意耦合介面的過程已得到顯著改善。這對於反應流來說非常重要,可以生成穩定的初始條件,或者測試計算結果受耦合影響的程度。反應流多物理場介面支援層流和紊流反應流,以及多孔介質中的流動和反應。

使用新的反應流多物理場介面的應用資料庫範例的路徑為:Chemical_Reaction_Engineering_Module/Reactors_with_Mass_and_Heat_Transfer/round_jet_burner

查看螢幕截圖»

 

濃物種輸送中的新功能:多孔介質輸送屬性

新的多孔介質輸送屬性特徵使您可以研究透過多孔介質流動的溶液中的多組分輸送。新功能包含用於計算有效輸送屬性的模型,這些輸送屬性依賴於材料的孔隙率以及濃混合物的輸送。

使用濃物種輸送介面中的新多孔介質輸送屬性特徵的應用資料庫範例的路徑為:Chemical_Reaction_Engineering_Module/Reactors_with_Porous_Catalysts/carbon_deposition

通過“多孔介質傳遞屬性”特徵研究的固體Ni-Al2O3 催化劑上甲烷的熱分解反應器中的孔隙率分佈。 孔隙率隨著分解反應中形成煙塵堆積而降低。

透過多孔介質輸送屬性特徵研究的固體Ni-Al 2 O 3催化劑上甲烷的熱分解反應器中的孔隙率分佈。孔隙率隨著分解反應中形成煙塵堆積而降低。

 

新增Nernst-Planck-Poisson方程介面

新的Nernst-Planck-Poisson方程多物理場介面可用於在無法假定電中性的電化學雙電層中研究電荷和離子分佈。Nernst-Planck-Poisson方程介面向模型添加了靜電稀釋物種輸送介面,以及電位和空間電荷密度的預定義耦合。

查看屏幕截圖»
鋰離子電池中小穿透纖維周圍的溫度分佈截面,以及纖維表面的溫度。

鋰離子電池中小穿透纖維周圍的溫度分佈截面,以及纖維表面的溫度。

 

更新教學模型:容量衰減

副反應和降解過程可能帶來我們很多不希望看到的後果,導致鋰離子電池的容量發生衰減。通常,老化是由於多種複雜的現象和電池中不同位置同時發生的反應所導致,而且降解速率在負載循環的各個階段發生變化,依賴於電位、局部濃度、溫度,以及電流方向。不同電池材料的壽命不同,不同材料的組合可能導致進一步加速老化,例如,電極材料串音

此教學模型演示如何模擬鋰離子電池的負極石墨電極的老化,其中會發生寄生固體-電解質-界面(SEI) 生成反應,產生可循環鋰的不可逆損失。模型還包括了由於電極顆粒上增長的SEI 膜的電阻引起的電位損耗增長效應,以及用於電解質電荷轉移的電解質體積分數減少效應。

該教學模型從之前的COMSOL Multiphysics ®版本更新到引入來自更近期的科學文獻的老化數據。此外,引入了一個時間尺度因子,目的是減少多個循環的記憶體時間。

容量衰減教學模型的應用資料庫路徑為:Batteries_and_Fuel_Cells_Module/Batteries,_Lithium-Ion/capacity_fade

1 C 放電的不同數量的老化循環中的電池電壓。
1 C 放電的不同數量的老化循環中的電池電壓。