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锂电池最怕啥?枝晶啊!这玩意儿长起来就跟容嬷嬷的针似的,分分钟扎穿隔膜导致短路。最近在COMSOL里折腾了个脉冲抑制枝晶的模型,直接看效果

COMSOL脉冲抑制锂电池枝晶生长模型案例。 模型对比了在间隔、恒电位、脉冲下情况下枝晶生长情况,验证了脉冲抑制枝晶生长的现象。

![模拟对比图]

(此处应有枝晶形态对比动图,奈何文字只能描述:左边恒电位下枝晶张牙舞爪,右边脉冲工况下明显老实多了)

模型核心用到了电化学-形貌耦合。重点看这段枝晶生长速率的定义:

growth_rate = beta*(i_local - i_critical)*exp(-alpha*(phi - phi0)^2)

这行代码骚操作在于:当局部电流密度ilocal超过临界值icritical才会触发生长,指数项又给电势phi加了双重保险。脉冲工况下,i_local就像坐过山车,长时间低于临界值,自然抑制生长。

COMSOL脉冲抑制锂电池枝晶生长模型案例。 模型对比了在间隔、恒电位、脉冲下情况下枝晶生长情况,验证了脉冲抑制枝晶生长的现象。

脉冲参数设置才是精髓:

t_pulse = 0.1; //秒 duty_cycle = 0.3; V_pulse = if(mod(t,t_cycle)<duty_cycle*t_cycle, V_high, V_low);

这个占空比控制直接把传统恒电位按在地上摩擦——高电位阶段猛男式脱锂,低电位阶段让电解液里的锂离子喘口气重新分布。就像给电池做心肺复苏,一紧一松间化解局部堆积。

模拟结果显示,恒电位工况下枝晶尖端电场强度是脉冲的2.7倍。这数据有意思了,说明脉冲就像给枝晶戴了紧箍咒,孙猴子再怎么蹦跶也翻不出五指山。更绝的是模型捕捉到了"回溶效应"——脉冲负压时段枝晶居然往回缩了0.5微米!

不过模型也有局限性,比如没考虑SEI膜动态变化。这时候就要祭出祖传的COMSOL骚操作:

study = createpde('electromagnetic','steadystate'); applyBoundaryCondition(study,'edge',[3,4],'u',@pulseBC);

这个自定义边界条件能玩出花来,下次可以试试叠加高频震荡波,说不定能解锁更多姿势。总之,脉冲抑制枝晶这招确实靠谱,模型跑出来的数据和实验室现象对得上,看来锂电池的安全革命又往前拱了一步。

http://www.jsqmd.com/news/560958/

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