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德国开发出一种锂电池模拟软件

导读: 电池材料需具有更好的性能、使用寿命更长以及具备安全的储能装置,但是,开发这类新材料需要投入大量的资金和时间。

  电动车实现突破尚待时日,但电池却可早日实现突破。目前,锂电池仍然过于昂贵,而且应用范围有限。一种模拟软件的产生将会加速新材料电池的开发进程。

  电动车是未来汽车市场的重要组成部分,德国政府和汽车行业对此持有相同看法。到2020年,德国将实现百万辆电动客车上路。德国机动车组织全德汽车俱乐部(ADAC)在调查中发现,如果不必考虑成本、舒适性和安全性,74%的被调查者表示愿意购买电动车,大约1/3的驾驶者希望电动车的电池充电一次能跑至少500公里。

  但关键问题是:目前充电站数量和电池寿命都很有限,导致紧凑型电动车无法成为主流。现在,大多数汽车使用的锂电池都过于沉重、昂贵,而且耗电也快。因此,新电池材料需具有更好的性能、使用寿命更长以及具备安全的储能装置,但是,开发这类新材料需要投入大量的资金和时间。

  在德国弗劳恩霍夫电动汽车系统研究(FSEM)项目中来自德国凯泽斯劳滕的弗劳恩霍夫工业数学研究所的研究人员目前正在开发一种锂电池模拟软件,该软件将会加速新材料电池的开发进程,提高电池的使用效率。该软件被称为"BEST",是电池和电化学模拟工具(BatteryandElectrochemistrySimulationTool)的简称。

  锂电池由两块多孔电极板组成,装有电解液的分离器将两块电极板分离,当电池充电和放电时,锂离子就会在电极之间流动。德国凯泽斯劳滕的弗劳恩霍夫工业数学研究所的科学家JochenZausch解释说:"电池的性能取决于组件所使用的材料,而这些材料之间需要相互协调。使用我们的软件模拟工具可以按照自己的想法将不同的材料进行组合,直到实现理想组合,而不需要再像过去那样进行反复测试"。

  该研究所的研究人员在宏观和微观层面对整个电池的构造、锂离子的流动及反应过程进行模拟。JochenZausch说:"我们可以展示电极板的微观结构,每一个10微米的小孔都清晰可见,这是目前的其它技术所达不到的,而且电极板的位置和形状也可以变化"。通过解决电极板的三维结构问题,一些电池参数如锂离子的浓度及电流密度就可以计算出来,该研究所目前正在计算这些参数。电流分布是电池热量的重要指标,因此,该软件还可以精确找出可能导致电池过热而燃烧的热点。此外,该软件还能有效评估电池的老化效应,因为电池温度的变化会影响其使用寿命,科学家们也计划升级软件程序,将老化模型加入其中,以便研究的顺利进行。

  JochenZausch最后总结说:"最终,该软件将会帮助汽车制造商和蓄能设备生产商制造更强大、更安全、适用范围更广的电池,从而改善汽车的加速性能"。该软件将在今年4月4日至4月8日亮相汉诺威工业博览会。
 

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