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德國開發(fā)鋰離子電池模擬軟件 將加快新材料電池的研發(fā)

鉅大LARGE  |  點(diǎn)擊量:975次  |  2020年06月04日  

電動汽車是未來汽車市場的重要組成部分,德國政府和汽車行業(yè)對此持有相同看法。到2020年,德國將實(shí)現(xiàn)百萬輛電動客車上路。德國機(jī)動車組織ADAC在調(diào)查中發(fā)現(xiàn),假如不必考慮成本、舒適性和安全性,74%的被調(diào)查者表示愿意購買電動汽車,大約1/3的駕駛者希望電動汽車的電池充電一次能跑至少500公里。


但關(guān)鍵問題是:目前充電站數(shù)量和電池壽命都很有限,導(dǎo)致緊湊型電動汽車無法成為主流。目前,大多數(shù)汽車使用的鋰離子電池都過于沉重、昂貴,而且耗電也快。因此,新電池材料要提高性能、使用壽命以及具備安全的儲能裝置,但是,開發(fā)這類新材料要投入大量的資金和時(shí)間。


在德國弗勞恩霍夫協(xié)會電動汽車系統(tǒng)研究(FSEM)項(xiàng)目中,來自德國凱澤斯勞滕的弗勞恩霍夫技術(shù)經(jīng)濟(jì)數(shù)學(xué)研究所(ITWM)的研究人員目前正在開發(fā)一種鋰離子電池模擬軟件,該軟件將會加速新材料電池的開發(fā)進(jìn)程,提高電池的使用效率。該軟件被稱為“BEST”,是電池和電化學(xué)模擬工具(BatteryandElectrochemistrySimulationTool)的簡稱。


BEST仿真軟件下電池微觀表現(xiàn)(左、右可見多孔電極)


鋰離子電池由兩塊多孔電極板組成,裝有電解液的分離器將兩塊電極板分離,當(dāng)電池充電和放電時(shí),鋰離子就會在電極之間流動。弗勞恩霍夫技術(shù)經(jīng)濟(jì)數(shù)學(xué)研究所JochenZausch解釋說,電池的性能取決于組件所使用的材料,而這些材料之間要相互協(xié)調(diào)。這種軟件模擬工具可以按照設(shè)計(jì)者的想法將不同的材料進(jìn)行組合,直到實(shí)現(xiàn)理想組合,而不要再像過去那樣進(jìn)行反復(fù)測試。


該研究所的研究人員在宏觀和微觀層面對整個電池的構(gòu)造、鋰離子的流動及反應(yīng)過程進(jìn)行模擬。JochenZausch提到,他們可以展示電極板的微觀結(jié)構(gòu),每一個10微米的小孔都清晰可見,這是目前其它技術(shù)所達(dá)不到的,而且電極板的位置和形狀也可以變化。通過解決電極板的三維結(jié)構(gòu)問題,一些電池參數(shù)如鋰離子的濃度及電流密度就可以計(jì)算出來,該研究所目前正在計(jì)算這些參數(shù)。電流分布是電池?zé)崃康闹匾笜?biāo),因此,該軟件還可以精確找出可能導(dǎo)致電池過熱而燃燒的熱點(diǎn)。此外,該軟件還能有效評估電池的老化效應(yīng),因?yàn)殡姵販囟鹊淖兓瘯绊懫涫褂脡勖茖W(xué)家們也計(jì)劃升級軟件程序,將老化模型加入其中,以便研究的順利進(jìn)行。


JochenZausch還提到,該軟件最終將會幫助汽車制造商和蓄能設(shè)備生產(chǎn)商制造更強(qiáng)大、更安全、適用范圍更廣的電池,從而改善汽車的加速性能。


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