Technical Papers and Presentations

随着电池单体向大尺寸，高比能量，以及快速充电的技术发展，电池的不均匀性也呈现增大的趋势。大倍率充电会造成电池较大的内外温差，甚至可能引发析锂或热失控。因此，在保证电池不析锂的前提下，开发更优的快充策略也应着重关注电池的内外温差。建立三维电化学-热耦合热模型（耦合电池接口以及固体传热接口），通过添加Event接口，进行不同充电策略的设置能够实现对电池内外温度进行仿真。3D电化学模型分为五个域（正负极多孔电极、隔膜，以及半片铜铝箔），3D热模型为真实结构的方形电池（极组与铝壳前后完全接触，左右不完全左右，空隙充满电解液域）。热源有三部分 ... Read More

复合电极（即电极中至少含有两种活性材料）被广泛采用于锂离子电池设计中。但是，实测复合电极的周期长，且现阶段还没有一种准确度高且简单实用的复合电极开路电势曲线的仿真方法。 本模型使用锂离子电池模块。步骤1：建立以复合电极为工作电极、锂为对电极的半电池的一维有限元几何模型；步骤2：定义所述半电池的材料参数和边界条件；步骤3：对半电池的一维几何模型进行网格划分；步骤4：运算，获得半电池的开路电势曲线，即复合电极的开路电势曲线。通过以上步骤获得的复合电极OCV曲线可放进COMSOL材料库，作为全电池的电极（正极或负极）OCV曲线。 Read More

为了提高质子交换膜燃料电池(Proton Exchange Membrane Fuel Cell, PEMFC)的效率、延长其寿命，水管理是必须解决的问题。由于原位观测电堆内部水传递状态难度较大，研究PEMFC机理并进行建模，以此预测电堆内部水传递状态具有重要意义。 本研究利用COMSOL Multiphysics®建立了沿质子传递方向的PEMFC一维动态机理模型。模型采用多孔介质中的多相混合物传递理论描述两相流，并对催化剂层的Schroeder’s paradox进行了数学描述。模型将PEMFC划分为阳极GDL、质子交换膜和阴极GDL三个域 ... Read More

The re-design of the offshore platform in service for impressed current cathodic protection (ICCP) could remarkably solve the corrosion problems of potentially catastrophic environmental and financial consequences. A finite element model (FEM) of the offshore platform with biofouling is ... Read More

环境污染问题日益严重，新能源汽车将成为汽车工业发展的新方向，而动力电池作为整个电动汽车的驱动核心，其安全性和使用寿命受到广泛关注。动力电池在大倍率充放电时内部化学反应加剧，各单体电池温度急剧升高，容易引发热失控等一系列安全事故。所以，本研究使用有限元软件COMSOL Multiphysics对圆柱卷绕式锂离子电池建立3D电化学-热平均耦合有限元模型，将电化学模型与热模型结合分析电池的电化学特性以及热行为，最终建立一个安全可靠的热管理系统。首先使用COMSOL软件的“电池与燃料电池模块”和“传热模块”这两个模块和“锂离子电池接口” ... Read More

确保电池模组的温度均匀性是电池热管理系统设计中的重要工作。本文设计了一种具有不同电池分布策略的锂离子圆柱电池模块，以提高其均匀性。建立了3维传热—1维电化学耦合有限元模型，对电池模块的布置进行了分析和优化。基于等差数列和等比数列来排列电池的间隔。发现在电池之间改变间隔的布置是改善电池模组内电芯均匀性的有效方式，尤其是等差数列布置。电池模块的最大温差随着初始间距的增加而减小。电池初始间距达到5.5mm时，电池模块的最大温差可降低13％，最大电压差可降至2.5 mV。具有等差数列布置的电池模块内部的温度和放电的均匀性优于等比数列布置 ... Read More

As the most important component of the entire lithium-ion battery, the electrodes, their design which ultimately determines the quantity and speed of lithium storage, directly affects the capacity, power density, and energy density of the battery. The electrochemical and thermal ... Read More

在能源危机和气候变化的背景下，电动汽车和混合动力汽车产业快速发展，锂离子电池在其中发挥着重要作用。锂离子电池使用过程中的容量衰减研究是该领域中的一个重要课题。锂锰氧化物（LMO）由于其经济、无毒害等优点，成为锂离子电池的常用阴极材料之一。有文献报道，在电解液中六氟磷酸锂分解产生质子的情况下，锂锰氧化物会发生分解，锰离子发生溶出并在阳极发生沉积，这是造成锂离子电池容量衰减的原因之一。本模型通过仿真上述过程，分析锂锰氧化物的分解与沉积对电池容量衰减的影响。使用COMSOL Multiphysics®进行建模，参考案例库中的锂离子电池容量衰减模型（Application ID ... Read More

　　金属锂因具有极高的理论比容量和最低的标准电极电势而成为最被寄予厚望的下一代锂二次电池（如锂硫、锂空电池等）负极材料。金属锂电池通常使用有机液态电解质，由于金属锂本征具有高化学活性，有机液态电解液会不可避免地与金属锂反应，形成脆弱的固液界面膜（SEI膜），在不可逆损耗电解液的同时也易引发并加剧金属锂枝晶的生长。因此，具有高离子导率的无机陶瓷材料（例如铝掺杂Li6.75La3Zr1.75Ta0.25O12, LLZTO）等固态电解质成为了金属锂负极研究领域的热点。锂离子在固态电解质中的输运行为会直接影响到金属锂负极的循环性能，借助COMSOL ... Read More

NMC523电池因为其较高的容量，已经逐渐应用于动力电池行列，但是锂离子电池在使用过程中的不合理容易引发热失控事故。这项模拟工作是来验证探讨NMC523电池针刺热失控中的机理。模拟过程中用到COMSOL化学反应工程模块、全局常微分方程模块。通过模拟，能够看到针刺过程中电池电压变化以及跟随的温度变化。这项模拟工作参考了部分主流杂志的模拟思路，也融合了自己的理解从而进行建模计算。此次模拟能够为电池针刺热失控机理探究提供思路，也能够为正确使用锂离子电池提供建议。 Read More