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电池或大或小都是我们周围,紧凑的电池在我们的智能手机,笔记本电脑,电动牙刷的大规模电池最新的力量电动车(电动车)在路上和巨大的电池中使用可再生能源和电网的能量。简而言之,我们不能生活没有电池方便我们知道今天的生活。
然而,大多数的我们熟悉由锂电池(锂离子电池)。虽然我们不能折扣不起眼的锂离子电池的许多进步真的动力几十年来自1985年发明以来,新材料和电池的设计需要满足不断发展的可持续性和性能标准。
这就是电池电池材料建模开始发挥作用,以帮助设计师探索新的合作设计和优化性能的材料的结构和化学新电池,最终缩短开发时间和成本。阅读在学习如何推动电池技术在今天的绿色技术革命,电池建模的好处,和Synopsys对此如何帮助客户使用建模软件模型新电池类型Synopsys对此Simpleware和Synopsys对此QuantumATK解决方案。
电池是怎样进化的
电池一开始很简单,主要依靠化学过程。的材料可以使用非常有限;所有需要的是一个阳极、阴极和一些液体。事实上,第一个简单的电池是由使用成对的铜和锌Alessandro Volta盘堆叠和除以一层布浸泡在盐水。
我们已经走过了漫长的道路以来第一个基本的电池,锂离子电池主导当前狮子的电池的市场份额由于rechargeability和整体使用廉价的成本,使他们在日常消费品。这些电池电力高性能cpu时坐在各地消费者的口袋里没有太多的热量以及发电车没有启动火灾。但随时有那么多的力量挤进一个小装置,燃烧总有利害关系,这使得安全问题。
然而,锂离子电池的最大问题是他们不是最环保的(即使它们否则推动可持续的解决方案,如电动汽车)。在某些情况下,他们依靠昂贵的稀土金属提取和通常由外国势力控制,如俄罗斯、阿富汗和中国。提示狩猎在元素周期表的圣杯将可持续的新电池技术和材料,安全,成本效益,提供优化的性能。
而十年前,这都是什么金属将电动汽车最大的权力,今天的搜索更多关于可伸缩的电池技术。电池现在设计师寻求非传统的方式来开发下一代电池使用建模软件。
电池建模的许多优点
在早期迭代的化学电池,只有这么多的材料组合,可以探索。在今天,场上的电池材料更大、更复杂得多。例如,固态电池(一种电池为锂离子电池很可能接手一天)有几乎无限的组合的材料可以使用。固态电池持有更多的承诺,因为他们是不易燃的,有更高的能量密度,因此更快的充电时间,需要更少的原材料,允许更多的充电周期退化开始前发生。然而,仍然有挑战设计者需要考虑,包括树突的抑制会导致安全问题,降低机械稳定性在骑自行车,和电阻。
建模与电池设计软件可以帮助选择最有前途的固态电池的材料来帮助作战上面的一些挑战的数以百万计的组合。
建模可以帮助节省数百万美元的实验,因为设计师使用软件精选了无数的潜在材料组合的工作从理论的观点。此外,无论多么好的电池背后的理论是,有时它不运作设计师认为如何在现实世界中工作。里面有很多的物理电池和模拟电池可以帮助设计师进行故障排除。例如,更换电池的材料可能会导致单位过多的热量和成为爆炸性的发展。仿真允许设计人员测试论文很容易和便宜而做必要的调整。
这是变得越来越重要在私营部门,因为企业可以不再仅仅依靠大学研究寻找新的电池解决方案。电池建模软件帮助设计师专注于重要的市场标准和使用加速,虚拟实验,使过程更加成本和时效。
Synopsys对此Simpleware™和QuantumATK电池建模解决方案
Synopsys对此是电池建模软件的主要供应商之一,公司是唯一的拥有基础物理仿真工具在我们的投资组合。相比之下,我们的竞争对手往往依赖于现实世界的校准实验,但不能够帮助顾客想探索一个地方没有映射到实验。
我们的一个主要建模软件是Synopsys对此Simpleware™平台,使用户能够快速生成模型的3 d图像数据来评估不同类型的能源材料。这个易于使用的软件包含图像处理和测量工具,允许用户导出水密网格对3 d印刷和FE / CFD模拟的目的。最终,Simpleware软件可以用来描述能源材料的形式和功能,使燃料电池和电池的发展更准确,花费更少的时间。
在基于图像的建模中,用户遇到的主要瓶颈被称为细分,用户需要手动标签的体素(3 d像素)图像数据和分类不同的材料。照片的人一片一片,绘画的不同部分。Synopsys对此Simpleware集团现在可以利用AI-enabled技术完全自动化分割过程优化和部署解决方案,让客户规模生产水平的基于图像的工作流。
帝国理工学院和伦敦大学学院Simpleware使用软件来提高固体氧化物燃料电池的寿命和退化。研究人员研究了电池在纳米和微观热、电化学、压力因素和使用Synopsys对此软件处理图像数据和出口网格仿真。这可以让研究人员研究燃料电池的寿命和退化在不同尺度,描述主要强调跨阶段和接口。
另一个有用的建模软件Synopsys对此QuantumATK原子论的仿真软件,用于设计新电池材料阴极和阳极,液体和固体电解质、添加剂、和固态电解质间期(SEI)的密度和更安全的电池汽车工业和其他工业应用。QuantumATK软件可以用来找到下一个材料将用于替代电池技术,包括固态电池、固体/聚合物电解质,替代锂离子(钠、镁、等等),Li-S电池,Li-metal电池,和Li-air电池。
接下来是什么在电池设计
虽然锂授权当前的技术革命,研究者目前正在寻找整个元素周期表找到安全的不同组合,可再生,更强大,更划算。
潜在的数量组合在数万亿,但研究人员只有彻底探索大约10组合使用在当前革命。模拟是唯一的出路,探索这些数以万亿计的组合找到什么意志力未来的技术进步。