CT 影像用於設計電池能源材料

CT 影像對於設計電池能源材料的應用極具價值，特別是在研究和開發新型電池技術時。由於電池的性能直接受到材料結構、微觀缺陷、以及材料內部結構的影響，CT 影像提供了一個強大的非破壞性工具來探索和分析這些關鍵因素。

CT 影像提供三維的無損檢測，精確描繪電池材料的內部結構，對於電池效能和壽命的設計至關重要，因為電池的性能直接受其內部結構的細節影響。這項技術的高解析度能揭示微小缺陷，如裂縫、空隙或氣泡等，這些缺陷可能會影響電池性能或縮短使用壽命。此外，CT 影像能幫助研究者了解材料微觀結構的分佈，特別是電極材料中活性材料顆粒的排列，這對於優化電池設計、提高能量密度和充放電速率非常關鍵。隨著新型電池技術的發展，如固態電池、鈉電池、鋰硫電池等，材料結構的設計變得更加重要，CT 影像成為探索和設計這些先進電池材料的重要工具。

以下是 CT 影像於電池的應用案例。

 

基於影像的鋰離子電池電極建模

鋰離子電池 (LIB) 的異質微觀結構通過提供一定的界面表面積、擴散路徑和活性材料連接性顯著影響性能。 在這項工作中，基於 Simpleware 軟體中的納米 XCT 圖像重建了 LIB 的 LiFePO4 (LFP) 電極微觀結構。 然後對 3D 模型進行網格劃分並導出到 Ansys 軟體進行有限元分析。 結果表明，與常見的均質模型相比，電極的異質性會導致更廣泛的物理和電化學性質。

對於不同的 SOC，在 c-rate = 1 放電期間 鋰濃度和開路電位的分佈

 

改善固體氧化物燃料電池的退化

固體氧化物燃料電池 (SOFC) 的壽命和退化受設備不同層內產生的應力的影響。 雖然燃料電池中應力的宏觀尺度建模可用於均相研究，但可以使用聚焦離子束 (FIB) 層析成像和有限元在微米和亞微米尺度上對電極內的異質多相多孔層進行更準確的應力分析 造型。 通過將多孔固體氧化物燃料電池的微觀結構特徵與 Simpleware 軟件中的體積網格劃分相結合，研究人員能夠對燃料電池電極的各個相和邊界進行 3D 有限元應力分析，從而更好地了解燃料電池故障。

固體氧化物燃料電池的 3D 重建 （綠色孔和陶瓷透明）

 

單粒子結構對鋰離子電池性能的影響

活性材料中的鋰離子擴散是鋰離子電池 (LIB) 的限制因素之一。 材料的合理結構可實現 LIB 內的最佳功能。 單粒子模擬可以深入了解粒子大小和孔隙率如何根據能量密度影響單個 LIB 粒子的充電和放電行為。 該研究確定 25% 的納米孔隙率是正常電池運行的最佳策略。 更高的孔隙率或更大的孔隙只會限制電池的體積能量密度。 通過噴霧乾燥創建定義的分層內部結構，以將實驗結果與模擬進行比較，這在 2D 和 3D 結構上給出了非常可比的結果。

固體氧化物燃料電池的 3D 重建 （綠色孔和陶瓷透明）

 

固體氧化物燃料電池電極局部電化學的高性能計算

本研究量化了異質 SOFC 微結構中電化學特性的局部分佈，重點是在大尺度上對複雜的 SOFC 微結構進行掃描、網格劃分和建模的工作流程。 在 Simpleware 軟體中，商業電池陰極的 FIB-SEM 圖像數據被轉換為多域 FE 網格，以保留三相 SOFC 電極中的表面形態。 在高性能超級計算機上使用 MOOSE 有限元框架對五種不同的微結構類型進行了關於局部電化學參數分佈的大規模模擬和分析。

大規模網格劃分（30 x 30 x 30 μm， Simpleware FE 中的 1.3 億個網格元素）

 

為什麼選擇 Simpleware 軟體？

Simpleware™ 軟體提供了一種快速、易於使用的解決方案，可根據 3D 影像資料產生模型，以評估能源材料。使用影像處理和測量工具快速檢查複雜材料，並匯出用於增材製造和 FE/CFD 模擬的防水網格。使用 Simpleware 軟體來描述能源材料的形式和功能，並提高燃料電池和電池組開發的速度和準確性。

 

如果您對此軟體有興趣，想進一步評估，歡迎與我們聯繫 !

艾索科技股份有限公司 AISOL Technology

• 電話：02-2500-6210

• 郵件：info@aisol.com.tw