新的研究发表在可持续性提出了一种新型的框架建模电池生产。
研究:电池生产的数字化平台机械建模。图片来源:P5h / Shutterstock.com
电池的关键技术工业和社会的快速电气化,帮助世界上实现零碳排放和减轻损害,气候所带来的人类活动。已取得显著进展的材料和设备性能,但仍有改进的机会,尤其是在生产过程。亚博网站下载
电池:减缓气候变化的重要技术
气候变化造成的损害已成为明显的近年来,极端天气事件、洪水、和生物多样性丧失所有与全球变暖有关。化石燃料的使用,工业和交通运输行业和随之产生的温室气体排放对气候变化的内在联系,促进迫切需要减少最严重的影响。
图式的概念建模框架包括三个模块:(我)过程链模型,(二世)电池模型,(三世)分析。图片来源:Thomitzek, M et al .,可持续性
在策略提出了缓解气候变化和减少排放,电池已成为一个关键技术。电动汽车的兴起和下一代静止的能源存储设备驱动的快速研究,电池技术的发展,实现交通和能源行业。这种动态过渡是反映在增加对电池的需求和政策制定者的雄心勃勃的目标。
电池技术也导致了越来越浓的兴趣显著改善设备的性能和材料和驱动降低电池的成本从668年的2013美元到137年的2020美元减少80%。亚博网站下载电池技术的未来趋势,包括全固态电池和锂硫电池,承诺增强性能和培育新的应用领域。
当前的挑战
尽管取得相当大的进展在过去的十年里,挑战仍然存在与电池的大规模实现技术在交通和能源领域。在电动汽车、练习场和充电时间是至关重要的问题。此外,成本的担忧持续存在。
此外,除了设计和材料,在生产过程中仍有改进的空间。亚博网站下载制造电池是一个复杂的过程,包括众多的参数和许多产品性能之间的关系,流程和结构,其中一些是知之甚少。整个过程,从原材料到成品的提取,包括许多异构的步骤。亚博网站下载因此,生产难以满足电子工业的需求。
废电池行业的环境影响越来越大。此外,电池本身是复杂的设备,与单个组件的各种结构参数如电极,电解质,分隔符影响成品的机械和电化学性能。即使是这些结构参数的微小变化会导致严重的局限性等电化学性能的容量和能量密度。
外部模型方法组成的(我虚拟实验设计,二世)的元模型,(三世)验证和元模型的选择。图片来源:Thomitzek, M et al .,可持续性
与生产过程相关的固有挑战推动研究建模和参数和优化复杂的过程步骤来克服这些问题,提高整个过程。
试错策略不合适,尤其是工业规模,因为停机时间,成本,质量,和浪费都受到影响。的框架流程链的非侵入性的改进和设备需要进一步加强新兴技术及其应用,可持续交通和能源领域。
这项研究
这项新的研究发表在可持续性谋求改善生产工艺和技术,开发一个框架,集成了整个生产过程的机械模型和电池技术来准确反映现实世界的情况。因此,该框架可以确定生产过程的影响性能的技术。
研究框架提出了基于透明产品结构性能和工序产品结构而不是试验和错误的方法,它可以是昂贵的,效率低下,导致报废,浪费。知识和低成本的改进是通过拟议的框架。机械模型优于数据驱动模型由于他们推断的能力超出了最初的设计空间。
作者状态,提高电池的性能和生产成本节约由于低利率的电动汽车报废的成功克服障碍,将有助于更可持续交通和能源领域。
模范分布三维微观结构。图片来源:Thomitzek, M et al .,可持续性
总的来说,根据作者,有针对性的决策支持为生产和产品设计可以通过实施拟议的框架和执行数字实验。这带来重大利益的质量技术和生产过程,以及降低电池生产对环境的影响。
作者已确定的未来的机会,包括流程模型的进一步实现关注细胞组装和阳极生产和扩展过程链模型通过考虑能量和物质流沿整个生产链。此外,他们指出,数字化平台机械模型实时控制的潜力在生产系统中不同的生产步骤,结合物理和虚拟元素。
进一步的阅读
Thomitzek, M et al . (2022)电池生产的数字化平台机械建模(在线)可持续性1530 | 14 (3)mdpi.com。可以在:https://www.mdpi.com/2071-1050/14/3/1530
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