Batteries and Fuel Cells Module
Verbesserte Modellierung von chemischen Reaktionen in porösen Medien
Die Option Reaktionen in den Interfaces Transport of Diluted Species in Porous Media bietet nun die folgenden Optionen, um das reagierende Bezugsvolumen für gesättigte und ungesättigte poröse Medien zu berücksichtigen:
- Gesamtvolumen
- Porenvolumen
- Flüssigphase
- Gasphase
Das einfachste und weniger fehleranfällige Verfahren ist, für kinetische Ausdrücke mit Daten aus der Literatur zu arbeiten, da diese für verschiedene Bezugsvolumina tabuliert werden können.
Sie können nun die geeignete Bezugsgröße für den Reaktionsgeschwindigkeitsausdruck verwenden. In diesem Fall ist die Reaktion pro Gesamtporenvolumen ausgewählt.
Sie können nun die geeignete Bezugsgröße für den Reaktionsgeschwindigkeitsausdruck verwenden. In diesem Fall ist die Reaktion pro Gesamtporenvolumen ausgewählt.
Hygroskopisches Quellen
Hygroskopisches Quellen ist ein Effekt der internen Materialausdehnung, die durch Änderungen des Feuchtigkeitsgehalts verursacht wird. Mit der neuen Multiphysik-Kopplung Hygroskopisches Quellen wird die Feuchtigkeitskonzentration zwischen dem Interface Transportverdünnter Spezies oder dem Interface Transport verdünnter Spezies in porösen Medien und dem Interface Festkörpermechanik gekoppelt.
Modell für staubhaltige Gase
Die Knudsen-Diffusion wurde dem Interface Transport konzentrierter Spezies als zusätzlicher Transportmechanismus hinzugefügt, um die Modellierung staubhaltiger Gase zu ermöglichen. Dieser Mechanismus steht für das Fick’sche Gesetz und das mischungsgemittelte Diffusionsmodell zur Verfügung. Mit dem Modell für staubhaltige Gase kann der Massentransport bei chemischen Reaktionen in porösen Medien, zum Beispiel in katalytischen Membranen und Brennstoffzellenanwendungen, genau ermittelt werden.
In Gasen wird die Transportrate wesentlich von diesem Mechanismus bestimmt, wenn die mittlere freie Weglänge der transportierten Moleküle der Größenordnung der Längenskala des Systems entspricht oder größer ist. Beispiel: In einer langen Pore mit einem kleinen Durchmesser (2 bis 50 nm) kollidieren die Moleküle häufig mit der Porenwand, und die Diffusion muss entsprechend angepasst werden.
Variablen für massenbasierte Konzentrationen
Das Interface Transport konzentrierter Spezies bietet nun Variablen für massenbasierte Konzentrationen (kg/m3), neben den Optionen für Massenanteile. Diese Variablen können bei der Nachbearbeitung, Berichterstellung und Darstellung verwendet werden, wobei die Ergebnisdaten in verschiedenen Einheiten dargestellt werden können.
Die Ausdrucksliste in den Plotgruppen repräsentiert die Massenkonzentration, zusätzlich zu Stoffmengenkonzentrationen und Massenanteilen.
Die Ausdrucksliste in den Plotgruppen repräsentiert die Massenkonzentration, zusätzlich zu Stoffmengenkonzentrationen und Massenanteilen.
Verbesserte Konvergenz und Stabilität durch Stromverteilungs-Initialisierungsschritt und neue Studien in Elektrochemie-Interfaces
Elektrochemische Modelle erfordern zur Erreichung der Konvergenz oder zum Funktionieren eines zeitabhängigen Solvers in der Regel korrekt abgeleitete Anfangswerte. Bei allen Elektrochemie-Interfaces stehen nun die Studien Stationär mit Initialisierung und Zeitabhängig mit Initialisierung zur Verfügung, und es kann der Studienschritt Stromverteilung bei Initialisierung angewendet werden. Diese neuen Studien ermöglichen das Lösen von elektrochemischen Modellen mit nichtlinearer Kinetik.
Querschnittfläche
Bei 1D-Modellen steht nun die neue Eigenschaft Querschnittsfläche im Interface Electrochemie zur Verfügung. Mit dieser Funktion kann die Zellenfläche angegeben werden, und der Gesamtzellenstrom kann berechnet werden. Zusätzlich stehen in 1D die Randbedingungen Elektrolytstrom und Elektrodenstrom zur Verfügung.
Querschnittflächen-Eigenschaft, die nun bei 1D im Interface Electrochemie verfügbar ist.
Querschnittflächen-Eigenschaft, die nun bei 1D im Interface Electrochemie verfügbar ist.
Effiziente Elektrodenmodellierung mit der Funktion Punkt- und Linienstromquelle
Bei komplexen Geometrien ist es oft nicht möglich, alle Teile der Geometrie geometrisch aufzulösen. Wenn eine kleine Elektrode als Stromquelle dient, kann es ausreichen, sie an einem Punkt in der Geometrie zu erstellen. In diesem Fall ist es nicht erforderlich, eine Elektrodengrenzfläche zu erstellen und einen Elektrodenstrom als Randbedingung anzugeben. Mit den Funktionen Punkt- und Linienstromquelle in den Interfaces Primäre und Sekundäre Stromverteilung kann eine Stromquelle an einem Punkt in 2D-, achsensymmetrischen 2D- und 3D-Geometrien erstellt werden.
Darstellung einer Punkt- und Linienstromquelle, die in einer einfachen 3D-Geometrie angewendet wird.
Darstellung einer Punkt- und Linienstromquelle, die in einer einfachen 3D-Geometrie angewendet wird.
Anfängliche Zellladungsverteilung
Die Angabe genauer Anfangswerte für Batteriesimulationen kann schwierig sein, da globale Zelleneigenschaften invertiert werden müssen. Daher wurden die Interfaces für die Batteriemodellierung um neue Eingabeparameter erweitert, z. B. für den Ladezustand und die Batterie-Anfangsleerlaufspannung.
Mit dem neuen Knoten Anfängliche Zellladungsverteilung in den Interfaces Lithium-Ionenbatterie und Batterie mit binärem Elektrolyten können nun die Anfangszellenspannung oder der Ladezustand anstatt der einzelnen Lithiumkonzentrationen in den porösen Elektroden definiert werden. Mit dieser Funktion können Sie auch die Menge der aktiven Materialien in den Elektroden, die für die Interkalation verfügbar sind, ausgleichen, indem die Elektrodenphasen-Porositäten automatisch berechnet werden.
Neue Übung: Zink-Silberoxid-Batterie
Zink-Silberoxid-Batterien (Zn-AgO) werden dort eingesetzt, wo eine hohe Kapazität pro Gewichtseinheit gefragt ist. Dieser Batterietyp weist auch hervorragende Leistungscharakteristiken auf, z. B. eine lange Lebensdauer und eine geringe Selbstentladung. Größere Zn-AgO-Batterien werden z. B. in U-Booten, Raketen und anderen Luft- und Raumfahrtsystemen eingesetzt. Zn-AgO-Knopfzellen werden z. B. in Hörgeräten und Uhren verwendet.
Mit dieser neuen Anwendung kann die Entladung von Zink-Silberoxid-Batterien simuliert werden. Die elektrochemischen Reaktionen in der positiven und der negativen Elektrode führen zu Änderungen bei der Porosität und der Stoffkonzentration in den Elektroden.
Die Entladungscharakteristik einer Zn-AgO-Batterie hängt von der Anfangszinkkonzentration ab, die mit diesem Modell bestimmt werden kann.
Die Entladungscharakteristik einer Zn-AgO-Batterie hängt von der Anfangszinkkonzentration ab, die mit diesem Modell bestimmt werden kann.
Neue Übung: Lithium-Luft-Batterie
Wiederaufladbare Metall-Luft-Batterien finden eine stetig steigende Verbreitung, in erster Linie aufgrund ihrer hohen spezifischen Energiedichte. Lithium-Luft-Batterien weisen einen theoretischen Energiedichtewert von ca. 11400 Wh/kg auf, welcher nahezu 10 Mal höher als der Wert von Lithiumionen-Batterien ist, die heute in Mobiltelefonen und Elektrofahrzeugen eingesetzt werden.
Mit dieser neuen Anwendung wird die Entladung einer Lithium-Luft-Batterie untersucht. Die Untersuchung umfasst den Transport von Sauerstoff in der porösen positiven Elektrode, bei der die elektrochemische Sauerstoffreduktion zu Konzentrationsänderungen beim Reaktionsprodukt und bei der Elektrodenporosität führt.
Entladungscharakteristik einer Lithium-Luft-Batterie bei verschiedenen Entladungsstromdichten.
Entladungscharakteristik einer Lithium-Luft-Batterie bei verschiedenen Entladungsstromdichten.
Gebiete mit infiniten Elementen im Interface Darcy-Gesetz
Das Interface Darcy-Gesetz unterstützt nun Gebiete mit infiniten Elementen und bietet fortschrittliche Berechnungsverfahren für Flüsse an Rändern.