Entwicklung eines Makroskalenmodells für das digitale Elektrodendesign von Li-Ionen-Batterien

Upscaling von der Mikroskala zum Prozessmodell

Bearbeitung: M.Sc. Giuliano Lombardo

Motivation

Mit der voranschreitenden Elektrifizierung, wie zum Beispiel im Mobilitätssektor, spielen Li-Ionen-Batterien eine immer wichtigere Rolle. Um die Batterie hinsichtlich spezifischer Anwendungen zu optimieren, ist ein Verständnis für das Auf- und Entladeverhalten eines solchen Systems entscheidend.

Als Vorhersagewerkzeug für das Batterieverhalten wird hier die Modellierung verwendet, die sich in Mikro- und Makro- (hier: homogenisierte bzw. volumengemittelte) Modelle aufteilen lässt.

Aufgrund des hohen Rechenaufwandes sind Mikro-Modelle in der Regel für ein virtuelles Material-design ungeeignet.
Daher soll durch Upscaling des Mikro-Modells ein Makro-Modell gefunden werden, mit dem das virtuelle Materialdesign mit kurzer Rechenzeit möglichst genau durchgeführt werden kann.

Aufbau einer Li-Ionen-Batteriezelle
Aufbau einer Li-Ionen-Batteriezelle.

Zielsetzung

  1. Implementierung eines Makro-Modells, welches für geringe und hohe (Ent)Laderaten mit den Ergebnissen des Mikro-Modells übereinstimmt
  2. Erweiterung des Makro-Modells für Li-Ionen-Batterien mit einem dreidimensionalen, metallischen Fasernetzwerk
  3. Analyse des Einflusses von Struktur- und Prozessparameter auf das Batterieverhalten
Vergleich der Entladekurven von Miko-Modellen. Bei den Makro-Modelle handelt es sich um ein asymptotisch homogenisiertes (AH) - Model und das Doyle-Fuller-Newman (DFN) - Modell.
Vergleich der Entladekurven von Miko-Modellen. Bei den Makro-Modelle handelt es sich um ein asymptotisch homogenisiertes (AH) - Model und das Doyle-Fuller-Newman (DFN) - Modell.

Kontakt

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Giuliano Lombardo

M.Sc.

Wissenschaftlicher Mitarbeiter

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