Modelo analítico avalia a capacidade da bateria

A otimização da bateria geralmente envolve uma troca entre energia (a quantidade que ela pode armazenar) e densidade de potência (a taxa de sua liberação), tudo isso depende dos materiais, suas configurações e estruturas internas como porosidade. Existem parâmetros ajustáveis ​​associados à estrutura que precisam ser otimizados. Normalmente, dezenas de milhares de cálculos precisam ser feitos para pesquisar o espaço de parâmetros e encontrar a melhor combinação. Este é um processo demorado.

Os pesquisadores desenvolveram um método mais rápido e simples que não requer simulação numérica complexa para orientar a seleção e o projeto dos componentes da bateria e como eles interagem. O modelo simplificado tem uma precisão de 10% em relação aos algoritmos mais intensivos em computação e permitirá que os pesquisadores avaliem rapidamente a capacidade de taxa das baterias.

Quase todos os projetistas e otimizadores de células de bateria usam simulações pseudo-bidimensionais (P2D), que são caras de executar. Isso se torna especialmente um problema ao otimizar as células da bateria porque elas têm muitas variáveis ​​e parâmetros que precisam ser cuidadosamente ajustados para maximizar o desempenho.

A nova ferramenta oferece uma maneira mais rápida e transparente de acelerar o processo de projeto e oferece insights simples e claros que nem sempre são fáceis de obter a partir de simulações numéricas. O modelo pode ser facilmente implementado em softwares comuns como MATLAB e Excel, e até mesmo em calculadoras.

Para testar o modelo, os pesquisadores permitiram que ele procurasse a porosidade e a espessura ideais de um eletrodo em baterias comuns de célula completa e meia célula. No processo, eles descobriram que eletrodos com comportamento de “reação uniforme”, como níquel-manganês-cobalto e óxido de níquel-cobalto-alumínio, são melhores para aplicações que exigem eletrodos grossos para aumentar a densidade de energia. Eles também descobriram que as meias células da bateria (com apenas um eletrodo) têm uma capacidade de taxa inerentemente melhor, o que significa que seu desempenho não é um indicador confiável de como os eletrodos funcionarão nas células completas usadas em baterias comerciais.