Y a-t-il un avantage à utiliser des électrodes graduées pour les batteries lithium-ion ?

Les rapports de la littérature montrent à la fois des avantages et un impact négligeable lors de l'inclusion d'électrodes graduées dans la conception de batteries, en fonction du modèle exact et des conditions utilisées. Dans cet article, nous utilisons deux approches d'optimisation différentes pour un modèle d'électrode poreuse à distribution de courant secondaire avec des cinétiques non linéaires afin de confirmer que les solutions calculées sont correctes. Nous utilisons ces solutions optimales confirmées pour explorer plusieurs façons dont la porosité graduée peut améliorer les performances de l'électrode. L'optimisation à objectif unique, comme la réduction de la résistance globale de l'électrode en utilisant un design d'électrode graduée, permet une réduction modeste de 4 à 6 % de la résistance pour des paramètres typiques de batteries lithium-ion. L'optimisation à objectifs multiples — par exemple, en considérant simultanément la résistance de l'électrode et la variance de surpotentiel et éventuellement la moyenne de surpotentiel — montre que les conceptions multicouches ouvrent un espace de conception réalisable beaucoup plus riche pour atteindre plusieurs objectifs. La réponse ultime à la valeur des électrodes graduées sera l'analyse techno-économique qui lie les avantages d'un espace de conception optimal élargi aux coûts préjudiciables associés à la fabrication d'électrodes multicouches. Un code exécutable en libre accès qui peut donner la distribution de porosité optimale de toute chimie spécifiée et une explication détaillée des deux approches peuvent être trouvés sur le site web du groupe Subramanian.