AEM综述: 多孔电极建模及其在锂离子电池中的应用！

随着锂离子电池（LIBs）的密集发展，电池建模变得越来越重要。多孔电极模型将电池性能与内部物理和（电）化学过程联系起来，是科学研究和工程领域最常用的模型之一。

在此，荷兰埃因霍芬理工大学Peter H. L. Notten等人系统地总结和讨论了P2D多孔电极模型在LIBs中的应用。P2D 模型结合了多孔电极理论和浓溶液理论，为LIB内部发生的物理和电化学过程提供了基本的理论框架。基于P2D模型的模拟已广泛用于LIB，并提供了对反应机制和电池状态监测的更好理解。通过建模可将电池特性可视化，即输出电压/电流、电解液和电极中的Li⁺浓度和电势分布、反应速率分布。

此外，建模还可解释电池过电位和阻抗的特征，揭示对多孔电极内部反应机理的深刻理解，P2D模型模拟的过电位和Li⁺浓度分布可用于计算电池内部的温度和应力分布。配备老化机制的P2D模型可模拟电池退化并进行电池设计优化以实现稳定的循环行为，简化的P2D模型可用于在状态观察器的帮助下实时估计和监控电池状态。

图1. P2D模型中各种参数之间的关系

最后，作者讨论了P2D多孔电极模型在LIB中应用剩余的挑战：

（1）P2D模型高精度和低计算成本之间的权衡策略非常具有挑战性；

（2）以高精度实验确定电池参数至关重要，同时准确测定不同的电解质体系和电极材料也是必不可少的；

（3）电池设计优化目标需要针对高能和高功率电池进行优化，同时需要通过改变一个参数来考虑多重影响，还需要考虑由最大可实现电池性能定义的饱和条件及电池老化；

（4）应仔细研究反应速率分布对电池性能的影响，包括过电位、阻抗、温度、应力和老化等；

（5）仍需要进一步发展老化模型，将压裂与扩散、动力学特性和颗粒破碎相关联仍然是一个挑战；

（6）未来研究中应更详细地研究平衡模型简化和模拟精度。

图2. 完整和简化的P2D模型应用于在线状态估计

Porous Electrode Modeling and its Applications to Li-Ion Batteries, Advanced Energy Materials 2022. DOI: 10.1002/aenm.202201506

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