Advances in modeling and simulation of Li-air batteries

باتری های لیتیوم با توان بالقوه برای تولید منابع قدرت نسل بعدی برای کاربردهای مختلف از دستگاه های قابل حمل به وسیله وسایل نقلیه الکتریکی و میکروگرید ها به علت تراکم انرژی نظری بالاتری نسبت به باتری های موجود برخوردار هستند. با این حال، تجاری سازی این تکنولوژی مانع از انواع مختلف مانع فنی می شود، از جمله ظرفیت کم قابل خرید، راندمان انرژی ضعیف، و عمر چرخه محدود. دستیابی به این موانع نیاز به درک اساسی از رفتارهای پیچیده الکتروشیمیایی و حمل و نقل در داخل باتری ها دارد. مدل سازی و شبیه سازی ریاضی ضروری است تا بینش مهمی را برای مکانیزم های این پدیده های پیچیده ایجاد کند که برای دستیابی به طرح های منطقی مواد بهتر برای باتری های با کارایی حیاتی است. در این مقاله، ما یک بررسی جامع از آخرین پیشرفت های مدل سازی و شبیه سازی باتری های لیتیوم هوا ارائه می دهیم و دیدگاه های ما را در زمینه های جدید توسعه آینده ارائه می دهیم. بر خلاف بررسی های پیشین که به طور عمده بر روی مدل سازی پیوسته باتری های لیتیوم غیر آبی تمرکز می کنند، مقاله حاضر بر توصیف ریاضی فرایندهای حمل و نقل و الکتروشیمیایی دقیق در انواع باتری های لیتیومی هوا تمرکز دارد. ما با مقدمه کوتاهی در مورد اصول کار باتری های لیتیوم شروع می کنیم. سپس معادلات حاکم برای انتقال جرم و واکنش های الکتروشیمیایی در باتری های غیر آبی لیتیوم، شامل یون لیتیوم و انتقال اکسیژن در الکترود هوا متخلخل، تشکیل محصولات تخلیه جامد، سینتیک واکنش های الکترود، تکامل ساختار الکترود، توزیع سایت های فعال، اثر واکنش های جانبی در طول دوچرخه سواری، پدیده های تغییر حجم و فرایند اتهام. علاوه بر این، تحرک و شبیه سازی باتری های لیتیوم آبی و هیبریدی بررسی شده است، و پدیده هایی را که از آن ها در آب های غیر آبی متفاوت است برجسته می کند. در نهایت، چالش های پیش روی مدل سازی و شبیه سازی باتری های لیتیوم هوا مورد بحث و بررسی قرار می گیرد و دیدگاه های توسعه نسل جدید باتری های لیتیوم یونی مشخص می شود.