Model-based optimization of electrodes for lithium-ion batteries

Abstract

De batterijafdeling van de EMAP-afdeling onderzoekt elektrochemische cellen en energieopslag, waaronder ook het onderzoek naar kathodematerialen valt. Het kathodemateriaal is bepalend voor de capaciteit en het vermogen van de lithium-ion batterijen. Het onderzoek naar de gevoeligheid van de batterij prestaties voor de verschillende ontwerpparameters (elektrodedikte, elektrodesamenstelling, solid-state diffusiecoëfficiënt, ionische geleidbaarheid, elektronische geleidbaarheid en porositeit van de kathode) is essentieel voor het optimaliseren van de prestaties van een cel. De gevoeligheidsanalyse wordt uitgevoerd met het Dualfoil-programma van Doyle, een efficiënt simulatie hulpmiddel voor lithium-ion batterijen. In dit project worden vier verschillende kathodematerialen bestudeerd (LCO, NMC, LMO en LFP). Er is een referentie cel gedefinieerd die de praktische capaciteit van elk materiaal behaald. Elk van de ontwerpparameters wordt afzonderlijk gewijzigd, gesimuleerd en de effecten op de prestaties van de cellen worden waargenomen en besproken. Sommige parameters hebben een intuïtieve invloed op de cel prestaties, terwijl andere een complexe trend vertonen die alleen kan worden onthuld met behulp van simulaties. Er wordt aangetoond dat de energie en het vermogen van de cel zeer gevoelig zijn voor parameters zoals dikte, porositeit en de solid-state diffusiecoëfficiënt van lithium.