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锂离子电池电化学-热-力多物理场耦合建模综述
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作者 杨凯 杨晓光 +2 位作者 王文伟 姜久春 南金瑞 《电源技术》 北大核心 2025年第5期887-897,共11页
建立模型预测锂离子电池在不同工况下的性能以及寿命的发挥,有助于缩短电池的设计和验证周期,实现电池全生命周期高可靠运维。锂离子电池在实际使用过程中需要受到外力的约束,力对电池的性能和寿命有着不可忽视的影响,在建模过程中同时... 建立模型预测锂离子电池在不同工况下的性能以及寿命的发挥,有助于缩短电池的设计和验证周期,实现电池全生命周期高可靠运维。锂离子电池在实际使用过程中需要受到外力的约束,力对电池的性能和寿命有着不可忽视的影响,在建模过程中同时考虑电化学、温度、力场及其之间的耦合成为了近年来的研究热点。针对锂离子电池电化学-热-力耦合建模的研究现状进行分析,介绍了电化学-热、电化学-热-力耦合性能模型以及老化模型的建模方法,综述了现阶段电化学-热-力耦合模型的研究进展,并展望了未来模型发展所亟需解决的关键技术挑战。 展开更多
关键词 锂离子电池 电化学--耦合建模 性能预测 寿命预测
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多孔Ti-6Al-4V合金在模拟体液中的力-电化学有限元分析
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作者 战楠 宋振兴 张晓川 《材料科学与工艺》 北大核心 2025年第2期35-42,共8页
多孔Ti-6Al-4V合金植入人体内将长期处于体液腐蚀环境中,且不可避免地承受人体自重和运动产生的载荷,易引发应力腐蚀,增加无菌失败和严重并发症的风险。为了明确载荷水平及孔隙特性对多孔Ti-6Al-4V合金应力腐蚀性能的影响,本文通过数值... 多孔Ti-6Al-4V合金植入人体内将长期处于体液腐蚀环境中,且不可避免地承受人体自重和运动产生的载荷,易引发应力腐蚀,增加无菌失败和严重并发症的风险。为了明确载荷水平及孔隙特性对多孔Ti-6Al-4V合金应力腐蚀性能的影响,本文通过数值仿真方法研究其力-电化学响应规律。基于应力腐蚀理论,将由孔隙特性引发的结构应力耦合到电极反应的平衡电位和交换电流密度表达式,建立了力-电化学耦合有限元模型,通过数值仿真方法分析了植入物试样承受弯曲载荷时,应力、电流密度以及电极腐蚀厚度等的力-电化学响应规律。结果表明:随着承载水平增加,应力集中明显的孔隙边缘区域腐蚀更为剧烈,最大腐蚀厚度均出现在孔梁边缘处。与无应力试样相比,超过屈服应力试样的5年腐蚀厚度增加了22%。孔隙尺寸显著影响应力分布、电化学腐蚀速率及最终的电极腐蚀厚度,随着孔隙的增大,电极5年腐蚀厚度逐渐减小,且大孔应力腐蚀速率低于小孔。 展开更多
关键词 钛合金 多孔材料 腐蚀 力-电化学耦合 集中
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基于电化学-热-力耦合模型的锂离子电池热失控研究 被引量:3
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作者 张赛 汪振毅 胡世旺 《安全与环境学报》 CAS CSCD 北大核心 2024年第2期551-559,共9页
为提升锂离子电池的安全性能,减少由热失控导致的安全事故,分析电池温升的原因并有效降低其温度,依据电化学反应中浓度、电势与热模型中温度的相互影响关系,建立电化学-热-力耦合模型。通过模拟单电池和电池组温度分布的实时情况,分析... 为提升锂离子电池的安全性能,减少由热失控导致的安全事故,分析电池温升的原因并有效降低其温度,依据电化学反应中浓度、电势与热模型中温度的相互影响关系,建立电化学-热-力耦合模型。通过模拟单电池和电池组温度分布的实时情况,分析单电池温度不均匀分布和电池组温度正态分布情况的原因,探讨换热面积和流通量对散热量的影响,研究电池组中单体电池的位置分布及不同传热介质的散热情况。研究结果显示:低温和相对高温环境下,欧姆热、极化热及电化学反应热产热占比不同,但产热最高温度未达到电极材料与电解液分解反应的临界温度420 K;高温环境下,电池温度持续升高接近临界温度,出现热失控趋势,对流换热系数对电池影响较大。电池组间隙为10 mm和20 mm时,整体温度比间隙为0时分别降低了1.1%和1.8%;与无间隙电池组相比,以铜板和铝板为传热介质的电池组温度分别降低了2.0%和1.6%。 展开更多
关键词 安全工程 电化学--耦合 间隙电池组 对流换热系数 热失控
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锂离子电池电化学-热-力耦合数值模拟及分析 被引量:2
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作者 马德正 李培超 +2 位作者 岳飞龙 张贝贝 邓辉良 《农业装备与车辆工程》 2021年第11期43-47,共5页
建立了锂离子电池电化学-热-力耦合模型,并使用COMSOL Multiphysics软件进行了数值求解。研究了电化学-热-力耦合模型与电化学-力耦合模型的差异,对比了温度场以及电极粒子内部浓度场的变化,同时分析了隔膜孔隙度变化时外载对电池电压... 建立了锂离子电池电化学-热-力耦合模型,并使用COMSOL Multiphysics软件进行了数值求解。研究了电化学-热-力耦合模型与电化学-力耦合模型的差异,对比了温度场以及电极粒子内部浓度场的变化,同时分析了隔膜孔隙度变化时外载对电池电压及容量的影响。研究发现:引入温度场后电池容量和电压平台会有所升高,模型温度会变低,粒子内部浓度相比电化学-力耦合更加均匀;当加入外载后,会导致电池电压和容量的降低,且同等外载对低放电速率下电池性能的影响更明显。此外还发现了电池在外载作用下会引起隔膜孔隙度变化进而影响电池放电性能。 展开更多
关键词 锂离子电池 电化学--耦合 隔膜变形 多物理场 电压
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机械压力对锂金属电池性能影响的研究进展
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作者 吴迪 刘世朋 +2 位作者 王文伟 姜久春 杨晓光 《化工学报》 北大核心 2025年第4期1422-1431,共10页
锂金属电池以其极高的理论能量密度被广泛认为是推动高能量密度电池技术革新最有前途的技术途径。针对不同的电解质体系(液态/固态),锂金属电池内部不同的应力状态与材料特性差异使得其所面临的核心挑战迥异。液态电解质中需要重点关注... 锂金属电池以其极高的理论能量密度被广泛认为是推动高能量密度电池技术革新最有前途的技术途径。针对不同的电解质体系(液态/固态),锂金属电池内部不同的应力状态与材料特性差异使得其所面临的核心挑战迥异。液态电解质中需要重点关注锂枝晶的不可控生长,而固态体系中则首先需要侧重于固-固界面的接触。系统综述了锂金属电池在不同电解质体系中,外部压力与内部应力如何共同作用于电池结构,进而影响其电化学性能与行为表现。通过深入剖析,分析了力学因素在促进电池性能提升中扮演的关键角色。最后,对当前锂金属电池研究领域内广泛采用的力学夹具技术进行了全面梳理与评估,总结了这些工具在实验研究中的具体应用与成效,旨在为锂金属电池技术的持续开发与商业化进程提供有力的技术支持与理论指导。 展开更多
关键词 锂金属电池 锂枝晶 力-电化学耦合
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Aging Characteristics of Lithium-Ion Battery Under Fast Charging Based on Electrochemical-thermalmechanical Coupling Model
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作者 Dong-Xu Zuo Pei-Chao Li 《电化学(中英文)》 CAS 北大核心 2024年第9期10-24,共15页
The aging characteristics of lithium-ion battery(LIB)under fast charging is investigated based on an electrochemical-thermal-mechanical(ETM)coupling model.Firstly,the ETM coupling model is established by COMSOL Multip... The aging characteristics of lithium-ion battery(LIB)under fast charging is investigated based on an electrochemical-thermal-mechanical(ETM)coupling model.Firstly,the ETM coupling model is established by COMSOL Multiphysics.Subsequently,a long cycle test was conducted to explore the aging characteristics of LIB.Specifically,the effects of charging(C)rate and cycle number on battery aging are analyzed in terms of nonuniform distribution of solid electrolyte interface(SEI),SEI formation,thermal stability and stress characteristics.The results indicate that the increases in C rate and cycling led to an increase in the degree of nonuniform distribution of SEI,and thus a consequent increase in the capacity loss due to the SEI formation.Meanwhile,the increases in C rate and cycle number also led to an increase in the heat generation and a decrease in the heat dissipation rate of the battery,respectively,which result in a decrease in the thermal stability of the electrode materials.In addition,the von Mises stress of the positive electrode material is higher than that of the negative electrode material as the cycling proceeds,with the positive electrode material exhibiting tensile deformation and the negative electrode material exhibiting compressive deformation.The available lithium ion concentration of the positive electrode is lower than that of the negative electrode,proving that the tensile-type fracture occurring in the positive material under long cycling dominated the capacity loss process.The aforementioned studies are helpful for researchers to further explore the aging behavior of LIB under fast charging and take corresponding preventive measures. 展开更多
关键词 Lithium-ion battery Aging characteristics Fast charging Electrochemical-thermal-mechanical coupling model
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304不锈钢在人工海水环境中的腐蚀磨损行为研究 被引量:25
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作者 曾群锋 许雅婷 林乃明 《表面技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第1期194-202,212,共10页
目的阐述304不锈钢在人工海水环境中的腐蚀磨损行为及其力-电化学耦合作用下的损伤机理,为海水服役环境中海洋装备的开发和利用提供理论支持。方法利用腐蚀磨损试验仪研究了304不锈钢在人工海水环境中的摩擦学性能和电化学性能及其交互... 目的阐述304不锈钢在人工海水环境中的腐蚀磨损行为及其力-电化学耦合作用下的损伤机理,为海水服役环境中海洋装备的开发和利用提供理论支持。方法利用腐蚀磨损试验仪研究了304不锈钢在人工海水环境中的摩擦学性能和电化学性能及其交互作用下的腐蚀磨损行为,并利用扫描电镜、X射线衍射仪、激光共聚焦显微镜等仪器对磨痕表面进行表征与分析。结果在载荷作用下,304不锈钢的腐蚀电位从静态腐蚀的-0.310 V变为-0.368 V,腐蚀电流密度也增加了约1个数量级。阳极恒电位下,304不锈钢和Al2O3陶瓷球摩擦副的摩擦系数比阴极保护下的小。载荷为5 N时,304不锈钢的腐蚀磨损率为0.195 mm^3/d,其中,腐蚀加速磨损速率占68.7%;载荷为15 N时,总磨损速率明显增加,其中,纯磨损率所占比例最大,为60.1%,此时腐蚀加速磨损速率占比为39.1%。结论304不锈钢的腐蚀磨损行为是“机械去钝化-化学再钝化”的动态过程。腐蚀和磨损过程存在明显的交互作用。在磨损过程中,304不锈钢表面发生马氏体相变,通过电偶腐蚀进一步加强腐蚀作用;同时,腐蚀过程的反应产物使304不锈钢的耐磨性能下降。随着载荷的增加,对总腐蚀磨损速率贡献最大的由腐蚀加速磨损速率逐渐变为纯磨损率,载荷对304不锈钢的机械磨损影响更大。 展开更多
关键词 304不锈钢 腐蚀磨损 力-电化学耦合作用 损伤机理 人工海水环境
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