شبیه سازی الکتروشیمیایی باتری لیتیوم- یونی حالت جامد

در حال حاضر باتری های لیتیوم- یونی قابل شارژ به یکی از مهم ترین تکنولوژی های ذخیره سازی انرژی تبدیل شده اند و در بسیاری از تجهیزات استفاده می شوند. در کنار تمام مزایا، باتری های لیتیوم -یونی به دلیل مکانیسم های مختلفی، دچار افت عملکرد و حتی مشکلات ایمنی و انفجار می شوند. روش های مختلفی برای افزایش ایمنی و جلوگیری از انفجار این باتری ها ارائه شده است که یکی از آن ها استفاده از الکترولیت جامد بجای الکترولیت های مایع مرسوم می باشد. در این پژوهش هدف استفاده از مدل های ارائه شده برای باتری های لیتیوم- یونی حالت جامد و شبیه سازی آن ها می باشد. قانون فیک، رابطه باتلر-والمر و معادله نرنست-پلانک به ترتیب برای مدلسازی کاتد، مرز مشترک کاتد - الکترولیت و الکترولیت استفاده شده است. میکروباتری شبیه سازی شده با ظرفیت ۱۰ میکرو آمپر ساعت دارای کاتد LiCoO۲، الکترولیت Li۳PO۴ و آند لیتیوم فلزی می باشد. ضخامت کاتد و الکترولیت به ترتیب ۳۲۰ و ۱۵۰۰ نانومتر و آند فلزی به صورت شرط مرزی در مدل در نظر گرفته شده و باتری به صورت نیم سلول و دو بعدی شبیه سازی گردیده است. برای شبیه سازی این باتری از نرم افزار کامسول نسخه ۵.۶ استفاده شده است. همچنین برای بررسی تاثیر ضخامت الکترود و الکترولیت بر روی عملکرد باتری، در دو حالت مختلف تاثیر نصف کردن ضخامت الکترود و الکترولیت بررسی گردید. نتایج شبیه سازی با نمودار ولتاژ برحسب ظرفیت باتری در نرخ های تخلیه مختلف اعتبارسنجی شده است و نتایج دارای دقت خوبی می باشند.

کلیدواژه ها:

باتری لیتیوم-یونی ، حالت جامد ، شبیه سازی ، نرم افزار کامسول