Modèle analytique avancé dévoile la performance optimale des batteries

Optimisation batterie : au-delà des simulations coûteuses

L'optimisation des batteries implique généralement un compromis entre l'énergie (la quantité qu'elle peut stocker) et la densité de puissance (le taux de sa libération), tout cela dépendant des matériaux, de leurs configurations et de structures internes telles que la porosité. Il y a des paramètres ajustables associés à la structure qui doivent être optimisés. Typiquement, des dizaines de milliers de calculs doivent être effectués pour explorer l'espace des paramètres et trouver la meilleure combinaison. C'est un processus chronophage.

Des chercheurs ont développé une méthode plus rapide et plus simple qui ne nécessite pas de simulation numérique complexe pour guider la sélection et la conception des composants de batterie et leurs interactions. Le modèle simplifié a une précision dans les 10 % d'algorithmes plus intensifs en calcul et permettra aux chercheurs d'évaluer rapidement la capacité de débit des batteries.

Presque tous les concepteurs et optimiseurs de cellules de batterie utilisent des simulations pseudo-bidimensionnelles (P2D), qui sont coûteuses à exécuter. Cela devient particulièrement un problème lors de l'optimisation des cellules de batterie car elles ont de nombreuses variables et paramètres qui doivent être soigneusement ajustés pour maximiser la performance.

Le nouvel outil fournit un moyen plus rapide et plus transparent d'accélérer le processus de conception et offre des informations simples et claires qui ne sont pas toujours faciles à obtenir à partir de simulations numériques. Le modèle pourrait être facilement implémenté dans des logiciels courants tels que MATLAB et Excel, et même sur des calculatrices.

Pour tester le modèle, les chercheurs l'ont laissé chercher la porosité et l'épaisseur optimales d'une électrode dans des batteries demi-cellules et pleine cellule courantes. Dans le processus, ils ont découvert que les électrodes avec un comportement de « réaction uniforme » telles que le nickel-manganèse-cobalt et l'oxyde de nickel-cobalt-aluminium sont les meilleures pour les applications nécessitant des électrodes épaisses pour augmenter la densité d'énergie. Ils ont également découvert que les demi-cellules de batterie (avec une seule électrode) ont une capacité de débit intrinsèquement meilleure, ce qui signifie que leur performance n'est pas un indicateur fiable de la façon dont les électrodes performeront dans les cellules complètes utilisées dans les batteries commerciales.