جدول، رابط های فیزیکی موجود در ماژول طراحی باتری را علاوه بر مواردی که با مجوز اولیه COMSOL ارائه می شود، فهرست می کند.
مدل زیر یک مدل دو بعدی از باتری لیتیوم یونی است. هندسه سلول می تواند بخش کوچکی از یک سلول آزمایشی باشد، اما در اینجا فقط به منظور نشان دادن یک مدل دو بعدی است. باتری حاوی یک الکترود متخلخل مثبت، الکترولیت، یک الکترود فلزی لیتیوم منفی و یک کلکتور جریان است. این پیکربندی سلول گاهی اوقات “نیمه سلول” نامیده می شود، زیرا الکترود فلزی لیتیوم معمولاً تأثیر ناچیزی بر ولتاژ و پلاریزاسیون سلول دارد. یک هندسه دو بعدی واقعی در مدل Edge Effects در باتری لیتیوم یونی مارپیچی موجود در کتابخانه برنامه Battery Design Module نشان داده شده است.
هندسه سلول در شکل زیر نشان داده شده است. به دلیل تقارن در امتداد ارتفاع باتری، هندسه سه بعدی را می توان با استفاده از مقطع دو بعدی مدل کرد. شکل موقعیت الکترودهای مثبت و منفی و کلکتور جریان متصل به الکترود مثبت را نشان می دهد. الکترود مثبت متخلخل و الکترود منفی از فلز لیتیوم تشکیل شده است.
از آنجایی که واکنش الکتروشیمیایی فقط در سطح فلز لیتیوم که در تماس با الکترولیت در جداکننده است انجام می‌شود و رسانایی الکترونیکی در مقایسه با الکترود مثبت متخلخل بسیار بالا است، ضخامت فلز را می‌توان در هندسه مدل نادیده گرفت. . هندسه سلول دو بعدی مدل سازی شده در شکل زیر نشان داده شده است. در هنگام تخلیه، الکترود مثبت به عنوان کاتد و تماس زبانه فلزی به عنوان جمع کننده جریان عمل می کند. الکترود فلزی لیتیوم به عنوان آند و تغذیه کننده جریان عمل می کند.
این مدل تعادل جریان و مواد را در باتری لیتیوم یونی تعریف و حل می کند. تداخل لیتیوم در داخل ذرات در الکترود مثبت با استفاده از چهارمین متغیر مستقل r برای شعاع ذره حل می شود ( x ، y ، و t سه مورد دیگر هستند). سینتیک واکنش و درون یابی با تعادل مواد و جریان در سطح ذرات همراه است. معادلات مدل در راهنمای کاربر ماژول طراحی باتری یافت می شود . این مدل در ابتدا توسط جان نیومن برنده جایزه نوبل و همکارانش در دانشگاه کالیفرنیا در برکلی برای شبیه سازی های 1 بعدی فرموله شد. این مدل در ادبیات به عنوان مدل شبه دو بعدی (یا مدل P2D) شناخته می شود.
هدف از شبیه سازی دوبعدی نشان دادن عمق تخلیه در الکترود مثبت، به عنوان تابعی از زمان تخلیه است. توزیع جریان مربوطه به موقعیت کلکتور جریان و ضخامت الکترود مثبت و لایه الکترولیت در ترکیب با سینتیک الکترود و خواص انتقال بستگی دارد.
شکل زیر غلظت لیتیوم را در سطح ذرات الکترود مثبت در الکترودها پس از 2700 ثانیه تخلیه در 0.05 A نشان می دهد.
غلظت بالا در الکترودهای مثبت با عمق تخلیه موضعی این قسمت های الکترود متناسب است. شکل نشان می دهد که قسمت پشتی الکترود، با توجه به موقعیت کلکتور جریان، در هنگام تخلیه کمتر مورد استفاده قرار می گیرد. با ادامه روند تخلیه، این قطعات متعاقباً تخلیه خواهند شد. با این حال، برای چرخه مکرر سلول (شارژ و تخلیه)، اگر الکترودها در حین دوچرخه سواری فقط تا حد متوسطی تخلیه شوند، قسمت های مختلف الکترودها به صورت غیریکنواخت پیر می شوند.
