基于数值孪生模型的锂空气电池放电特性

通过制备锂空气电池用电极,并对电极进行CT断层扫描,得到了电极的实际结构。将电极数值孪生模型与数值仿真模型结合,构建了基于实际孔隙结构的锂空气电池二维模型。在锂空气电池放电过程中,对Li_(2)O_(2)生成速率、Li_(2)O_(2)体积分数、氧气浓度、电极孔隙率、过电势等参数在不同放电电流密度条件下的变化进行了分析。结果表明:引入数值孪生孔隙结构的模型可以更直观地展现放电过程中电极孔隙被堵塞、氧气传输效率下降的过程。放电临近截止时,氧气的持续填充导致电极局部孔隙中氧气浓度急剧上升。随着放电的进行,反应区域逐渐变小,氧气流入侧的反应速率明显提升。放电产物逐渐堵塞正极,电池的放电电压逐渐降低,达到放电截止电压时,电极极化加剧,放电终止。