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隨著鋰離子電池（LIBs）的密集發(fā)展，電池建模變得越來(lái)越重要。多孔電極模型將電池性能與內(nèi)部物理和（電）化學(xué)過(guò)程聯(lián)系起來(lái)，是科學(xué)研究和工程領(lǐng)域最常用的模型之一。

在此，荷蘭埃因霍芬理工大學(xué)Peter H. L. Notten等人系統(tǒng)地總結(jié)和討論了P2D多孔電極模型在LIBs中的應(yīng)用。P2D 模型結(jié)合了多孔電極理論和濃溶液理論，為L(zhǎng)IB內(nèi)部發(fā)生的物理和電化學(xué)過(guò)程提供了基本的理論框架。基于P2D模型的模擬已廣泛用于LIB，并提供了對(duì)反應(yīng)機(jī)制和電池狀態(tài)監(jiān)測(cè)的更好理解。通過(guò)建模可將電池特性可視化，即輸出電壓/電流、電解液和電極中的Li⁺濃度和電勢(shì)分布、反應(yīng)速率分布。

此外，建模還可解釋電池過(guò)電位和阻抗的特征，揭示對(duì)多孔電極內(nèi)部反應(yīng)機(jī)理的深刻理解，P2D模型模擬的過(guò)電位和Li⁺濃度分布可用于計(jì)算電池內(nèi)部的溫度和應(yīng)力分布。配備老化機(jī)制的P2D模型可模擬電池退化并進(jìn)行電池設(shè)計(jì)優(yōu)化以實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的循環(huán)行為，簡(jiǎn)化的P2D模型可用于在狀態(tài)觀察器的幫助下實(shí)時(shí)估計(jì)和監(jiān)控電池狀態(tài)。

圖1. P2D模型中各種參數(shù)之間的關(guān)系

最后，作者討論了P2D多孔電極模型在LIB中應(yīng)用剩余的挑戰(zhàn)：

（1）P2D模型高精度和低計(jì)算成本之間的權(quán)衡策略非常具有挑戰(zhàn)性；

（2）以高精度實(shí)驗(yàn)確定電池參數(shù)至關(guān)重要，同時(shí)準(zhǔn)確測(cè)定不同的電解質(zhì)體系和電極材料也是必不可少的；

（3）電池設(shè)計(jì)優(yōu)化目標(biāo)需要針對(duì)高能和高功率電池進(jìn)行優(yōu)化，同時(shí)需要通過(guò)改變一個(gè)參數(shù)來(lái)考慮多重影響，還需要考慮由最大可實(shí)現(xiàn)電池性能定義的飽和條件及電池老化；

（4）應(yīng)仔細(xì)研究反應(yīng)速率分布對(duì)電池性能的影響，包括過(guò)電位、阻抗、溫度、應(yīng)力和老化等；

（5）仍需要進(jìn)一步發(fā)展老化模型，將壓裂與擴(kuò)散、動(dòng)力學(xué)特性和顆粒破碎相關(guān)聯(lián)仍然是一個(gè)挑戰(zhàn)；

（6）未來(lái)研究中應(yīng)更詳細(xì)地研究平衡模型簡(jiǎn)化和模擬精度。

圖2. 完整和簡(jiǎn)化的P2D模型應(yīng)用于在線(xiàn)狀態(tài)估計(jì)

Porous Electrode Modeling and its Applications to Li-Ion Batteries, Advanced Energy Materials 2022. DOI: 10.1002/aenm.202201506

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AEM綜述: 多孔電極建模及其在鋰離子電池中的應(yīng)用！

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