Technical Papers and Presentations

锂离子电池的充电性能受环境温度影响较大，低温条件下充电极化电压升高充电容量下降的问题一直限制了锂离子电池的发展。本文以电化学反应动力学、质量守恒、电荷守恒和能量守恒为理论基础，利用COMSOL软件建立基于LiFePO4/石墨锂离子电池的电化学-热耦合瞬态计算模型，研究了-5℃、-10℃、-15℃三个低温条件下，锂离子电池充电过程中端电压和正极液相扩散极化电压随SOC的变化规律，并进一步通过提出表征这种极化的变量Pdpe，定量分析了低温条件对正极液相扩散极化的影响，最后通过电解质盐浓度和电解质电流密度分析极化变化的原因 ... Read More

引言 采用相变材料的汽车电池热管理技术已经被广泛研究，利用相变材料的相变潜热对电池进行温控，能有效降低电池高倍率工作条件下的电池温升，提高温度均匀性[1,2]。热管作为一种高导热，紧凑型，形式灵活的换热器件，也被用于电池热管理之中[3,4]。本文针对相变材料与热管相结合的换热结构，对该结构的换热特点，以及对影响该结构换热效果的相关参数进行了数值模拟研究。 COMSOL Multiphysics® 的使用 利用 COMSOL Multiphysics 中的电化学模块和传热模块，建立了二维的电池-热管-相变材料“三明治”结构（图1）。电池部分采用了热 ... Read More

由于能源的消耗，太阳能电池越来越受到人们的关注。然而，作为商业中主要应用的晶硅太阳能电池存在表面入射光反射以及无法吸近红外光的性质限制了晶硅太阳能电池效率的进一步提高。因此，我们设计了一种表面具有掺铒氟化钇钠(NaYF4:Er3+)上转换纳米球阵列的超薄晶体硅太阳能电池。利用COMSOL Multiphysics ®中波动光学模块系统的研究了具有不同尺寸和间距纳米球的晶硅太阳能电池的陷光性能。利用周期性边界条件及有限元的思想构建了电池计算单元，在300-1150 nm 入射光范围内计算了模型的光反射及透射，从而得出了电池的光吸收。结果表明，在纳米球最佳直径及间距时 ... Read More

基于电化学-热耦合模型，模拟了常温条件下 LiFePO4 /Graphite 锂离子电池的放电过程，并对电池内部正负电极各个位置的电化学反应速度演化规律进行了模拟计算研究。结果表明：放电过程中电极各处的反应速率不同，且是动态变化的。 Electrochemical Thermal Model Based Research for Electrochemical Performance of Lithium Ion Batteries Jia Ming, Tang Yiwei, Cheng Yun, Du Shuanglong, Li Jie (School of ... 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

由于能源紧缺和环境污染的问题，电动汽车在近二十年来得到了快速迅猛的发展。动力电池作为电动汽车最为核心的部件之一，将影响到电动汽车未来的发展方向。如果能够对电池进行合理的建模与仿真，将会对电池的研究、设计和使用具有很好的指导意义。为了配合车用BMS算法开发，需要不同荷电态（SOC）、温度、脉冲时间下的内阻、极限电流/功率的MAP等数据。而MAP数据量过大，手动逐点仿真工作量太大，同时，极限电流/功率等需要查找，手动操作复杂。通过COMSOL与MATLAB联合仿真技术自动化获取数据，可以提高计算精度，减少人为测试量，减少开发成本。 ... Read More

本模型应用COMSOL中锂离子电池模块、固体传热模块，建立三维电化学-热耦合模型。根据软包三电极实测数据分别标定常温不同倍率充放电条件全电池电压、正参电压、负参电压，确定电化学动力学参数与热力学参数，完成模型的标定，然后将得出的电化学动力学参数与热力学参数运用到方型电芯的模型中，能够实现对方型电芯的常温倍率性能的预测。 Read More

锂离子电池在首次充电过程中，电解液会在石墨等负极表面还原分解，形成固体电解质相界面(SEI膜)，永久地消耗一部分来自正极的锂，造成首次充放循环的库仑效率偏低。通过预锂化对电极材料进行补锂，抵消形成SEI膜造成的不可逆锂损耗，以提高电池的容量和能量密度。为了研究石墨等负极预锂化过程，本文利用COMSOL软件建立石墨阴极和锂金属阳极二维电化学瞬态模型，基于锂离子电化学反应动力学、物质传递与扩散等过程，研究石墨阴极不同位置锂离子的浓度分布情况，分析电流密度和温度对石墨预锂化的影响。结果表明电流密度越大，浓差极化越大，造成石墨不同位置的嵌锂浓度分布极不均匀 ... 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

氢能燃烧值高且无污染，被认为是人类社会摆脱对化石能源依赖的理想能源。目前氢能应用的主要瓶颈是氢存储。而氢存储的主要方式中，金属氢化物因其安全性高，循环性能好的优点，得到广泛的研究。但由于金属氢化物吸放氢反应的热效应、粉末床的传热和传质特性较差等问题，贮氢罐的吸放氢速率下降，成为限制应用的主要因素。最近十几年，贮氢罐吸放氢过程的数值模拟及相关模型得到广泛的研究。通过数值模拟方法可以优化设计贮氢罐，以期满足实际应用中的需求，同时节约设计成本。本文面对贮氢罐的实际指标(吸氢速率1.5 L min-1)，采用COMSOL软件中的多孔介质传热、地下流动以及数学模块 ... Read More