国产在线 | 日韩,疯狂做受xxxx高潮不断,影音先锋女人aa鲁色资源,欧美丰满熟妇xxxx性大屁股

第一作者：Xue Cai

通訊作者：Caiping Zhang, Weihan Li

通訊單位：北京交通大學(xué)，德國亞琛工業(yè)大學(xué)

使用設(shè)備：元能科技SWE2110（1T常溫膨脹測(cè)試系統(tǒng)）

01 研究背景

隨著電動(dòng)汽車和電化學(xué)儲(chǔ)能的廣泛應(yīng)用，鋰離子電池因其高能量密度、成本效益和長壽命而備受關(guān)注。然而，鋰離子電池在發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)的同時(shí)會(huì)產(chǎn)生膨脹力和熱量，尤其是在組裝和疊壓等機(jī)械限制條件下，從而形成電化學(xué)-熱-機(jī)械的多場(chǎng)耦合行為。表征和量化多場(chǎng)耦合行為需要跨學(xué)科的努力。但由于測(cè)量的局限性和耦合的復(fù)雜性，理解錯(cuò)綜復(fù)雜的多場(chǎng)行為具有兩方面的挑戰(zhàn)性。一是：雖然現(xiàn)有的測(cè)試平臺(tái)提供了用于研究電池機(jī)械響應(yīng)和多場(chǎng)耦合行為的實(shí)驗(yàn)手段，但這些平臺(tái)各有優(yōu)缺點(diǎn)，另一個(gè)是錯(cuò)綜復(fù)雜的多場(chǎng)耦合行為因其高度非線性相互作用關(guān)系還未被充分地解耦分析。因此，本文綜合利用不同機(jī)械約束平臺(tái)的優(yōu)勢(shì)，開發(fā)了原位定量分析方法，以揭示多場(chǎng)耦合的作用機(jī)制，量化不同物理場(chǎng)之間的關(guān)聯(lián)性和耦合強(qiáng)度。這些研究成果將為優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和改善電池性能提供重要依據(jù)。

02 工作簡介

近日，北京交通大學(xué)聯(lián)合德國亞琛工業(yè)大學(xué)團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)了一系列機(jī)械約束實(shí)驗(yàn), 其中包括自由膨脹（圖1（a）），恒位移（圖1（b））和元能科技SWE2110恒壓力模式（圖1（c）），并引入了原位分析框架，以闡明多物理場(chǎng)之間復(fù)雜的相互作用機(jī)制和耦合度。所提出的分析框架整合了等效模型參數(shù)化、原位力學(xué)分析和耦合行為的定量評(píng)估。結(jié)果表明，在低溫條件下，壓力對(duì)阻抗的顯著影響主要來自擴(kuò)散控制步驟，并通過施加外部壓力（如 10 °C 時(shí)的 180 至 240 kPa）以改善電池的動(dòng)力學(xué)性能。電化學(xué)反應(yīng)控制步驟的多樣性說明了壓力在不同溫度下對(duì)電池性能的不同影響。熱膨脹率表明，在充電過程中，升高每單位溫度下膨脹力變化小于1.60%。通過引入復(fù)合評(píng)價(jià)指標(biāo)，我們量化了特征參數(shù)和物理場(chǎng)之間的耦合相關(guān)性和強(qiáng)度，發(fā)現(xiàn)了電化學(xué)-熱場(chǎng)之間的最高耦合度。這些結(jié)果凸顯了分析方法在揭示多場(chǎng)相互作用機(jī)制方面的潛力，其目標(biāo)是提高電池性能和優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

03 內(nèi)容表述

鋰離子電池涉及不同學(xué)科和非線性耦合行為，分析多場(chǎng)問題顯然是錯(cuò)綜復(fù)雜的。在本研究中，我們提出了圖 1 所示的原位定量分析框架，旨在全面解決這些復(fù)雜的非線性耦合分析問題。針對(duì)機(jī)械約束下無法測(cè)量的電池溫度，我們結(jié)合三個(gè)機(jī)械平臺(tái)，精心設(shè)計(jì)了一個(gè)綜合實(shí)驗(yàn)矩陣，為多場(chǎng)模型參數(shù)化和機(jī)械特性曲線分析提供數(shù)據(jù)支持。首先，為了定量評(píng)估不同場(chǎng)之間錯(cuò)綜復(fù)雜的相互作用，我們使用等效電路、機(jī)械和熱模型對(duì)耦合行為進(jìn)行了可視化和參數(shù)化（圖1（d）），這為直觀量化特征參數(shù)與物理場(chǎng)之間的多場(chǎng)耦合提供了重要依據(jù)。雖然熱效應(yīng)對(duì)機(jī)械行為的影響是通過單向耦合方法來探索的，但其他物理場(chǎng)之間的相互作用則需要采用雙向耦合策略。隨后，為了進(jìn)一步研究溫度和壓力對(duì)機(jī)械行為的影響，我們開發(fā)了一種使用差分電壓和膨脹分析的原位機(jī)械表征方法（圖1（e））。通過這種方法，我們可以將膨脹峰與特定的相變相關(guān)聯(lián)，從而探索機(jī)械行為變化的電化學(xué)特性。此外，我們還引入了一種綜合指標(biāo)，將最大信息系數(shù) (MIC) 和最大速率變化 (MRC) 結(jié)合起來，以定量評(píng)估特征參數(shù)與物理場(chǎng)之間的耦合相關(guān)性和強(qiáng)度（圖1（f））。本研究強(qiáng)調(diào)了這一框架在指導(dǎo)多場(chǎng)耦合問題的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，以消除相互作用，并創(chuàng)建專門應(yīng)對(duì)多場(chǎng)耦合挑戰(zhàn)的模型。

圖1.基于機(jī)械約束平臺(tái)所提出的原位定量分析架構(gòu)

為進(jìn)一步揭示電池外部性能變化的內(nèi)部電化學(xué)機(jī)理，圖2顯示了不同溫度下電池?zé)崃W(xué)和動(dòng)力學(xué)參數(shù)隨外部壓力變化的情況?；钚圆牧项w粒的熱膨脹會(huì)促進(jìn)顆粒、粘結(jié)劑和導(dǎo)電材料之間的緊密連接。由于不存在空隙，這導(dǎo)致電子阻抗在壓力增加時(shí)保持不變。相反，在 10 °C時(shí)，這些連接松散的微粒會(huì)因真空的消除而導(dǎo)致電子阻抗隨壓力增加而減小。在這種情況下，應(yīng)力引起的電子阻抗變化明顯大于鋰離子阻抗，這表明25 ℃和10 ℃ 下的加壓細(xì)胞增強(qiáng)了各組分之間的接觸狀態(tài)。在圖 2（d 和 e）中，可以觀察到在所有溫度下，隨著壓力的增加，界面阻抗參數(shù)：Rinterf 會(huì)減小，Cinterf 會(huì)增大。這表明，活性材料顆粒的表面積隨施加的壓力而增加，但在 40 ° C 時(shí)超過 100 kPa 時(shí)表面積會(huì)減小，而在 20% SOC 時(shí)則小于 50 kPa，這是因?yàn)闄C(jī)械損傷（如顆粒嵌入集流器或二次顆粒融合）導(dǎo)致活性材料表面積減小[54]。因此，考慮到整個(gè) SOC 范圍，活性表面積最大化（即界面阻抗最小化）的最佳壓力集中在 40 °C 時(shí) 50 至 100 kPa、25 °C 時(shí) 100 kPa 和 10 °C 時(shí) 240 kPa 的范圍內(nèi)，這為緩沖層支撐電池的長壽命運(yùn)行提供了有力的理論依據(jù)。在圖 2（f-h）中，低頻阻抗由電解質(zhì)和活性顆粒內(nèi)部的離子擴(kuò)散組成。由于孔隙率降低，擴(kuò)散阻抗Rd,1 在 25 和 40 °C 時(shí)隨應(yīng)力增加，而在 10 °C 時(shí)則下降，這因于 10 °C 時(shí)的擴(kuò)散系數(shù)與應(yīng)力引起的電解質(zhì)粘度甚至凝固之間的相關(guān)性，這意味著在低溫條件下，壓力對(duì)電池阻抗性能的影響非常明顯。液相擴(kuò)散是低溫性能的關(guān)鍵控制步驟[56]，有助于通過施加外部壓力改善動(dòng)力學(xué)。根據(jù)電池電化學(xué)原理，電化學(xué)反應(yīng)控制步驟的變化可有效解釋不同溫度下的不同效應(yīng)。壓力誘導(dǎo)的動(dòng)力學(xué)演變機(jī)制和熱力學(xué)中電極容量的變化規(guī)律，揭示了10 °C下通過施加壓力使得電池1.5C容量增加和極化電壓下降的本質(zhì)原因來源于壓力誘導(dǎo)擴(kuò)散控制步驟。

圖2.(a) EIS 的奈奎斯特圖。(b) 壓力對(duì)電化學(xué)特性的影響示意圖。在低堆疊應(yīng)力條件下，從初始值（R0）算起的電阻是通過比較計(jì)算得出的。(c) 歐姆電阻。(d) 表面電阻。(e) 表面間電容。(f) 電解質(zhì)擴(kuò)散阻力和 (g) 電容。(h) 其他擴(kuò)散阻力。應(yīng)力引起的熱力學(xué)參數(shù)。熱力學(xué)參數(shù)包括 (i) 負(fù)極和 (j) 正極的初始鋰化狀態(tài)，(k) 負(fù)極和 (l) 正極容量

圖 3（b）中的電池?zé)崤蛎浟?TEPc 與溫度呈線性相關(guān)，熱膨脹系數(shù)αTEP 隨 SOC 的增加而增加，范圍為 0.70 至 0.87 kPa/°C。為了分析熱膨脹應(yīng)力的大小，我們提出了一個(gè)新參數(shù) λTEP 來表示 25 °C 時(shí) αTEP與嵌鋰所誘導(dǎo)膨脹力Δσs 的比值。λTEP 的變化小于1.60%，表明 10 °C 的 TR 導(dǎo)致的壓力變化小于 16%。圖3（b）表明當(dāng)電極層之間的間隙被填充到 25 °C以上時(shí)，電池的熱膨脹隨溫度線性增減。然而，在 20% SOC 時(shí)觀察到了與熱膨脹位移 TEDc 和 TEPc 相反的趨勢(shì)，這表明由于電極之間接觸狀態(tài)的不同，機(jī)械限制可能會(huì)導(dǎo)致不同的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。此外，為了進(jìn)一步分析實(shí)際電池運(yùn)行中的熱膨脹程度及其與 SOC 的相關(guān)性，我們?cè)O(shè)計(jì)了產(chǎn)生或不產(chǎn)溫升 TR 的 1 C 充電和 1.5 C 放電膨脹試驗(yàn)。如圖 3（c 和 d）所示，充電結(jié)束時(shí) 2.28% 的 TR 導(dǎo)致膨脹增加 2.16%，而放電結(jié)束時(shí) 1.21% 的 TR 導(dǎo)致膨脹減少 4.34%。這些結(jié)論為理解熱機(jī)械耦合行為提供了基礎(chǔ)，并闡明了在機(jī)械限制條件下進(jìn)行實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的必要性。

圖3.熱膨脹特性分析。(a) 組合夾具和傳感器的熱膨脹壓力。(b) 電池在 20%、50% 和 80% SOC 時(shí)的熱膨脹壓力和位移。(c) 1 C 充電和(d) 1.5 C 放電時(shí)，有TR和無TR的溫度和膨脹厚度變化。

在多場(chǎng)耦合問題中，由于耦合關(guān)系的復(fù)雜性和多樣性，必須進(jìn)一步量化兩個(gè)場(chǎng)之間的相關(guān)性和依賴性程度。圖 4（a）至（d）顯示了特征參數(shù)與溫度T 和壓力σ等物理場(chǎng)之間的歸一化MIC和 MRC。在圖 11（a）中，除Q+max外，所有電化學(xué)參數(shù)的溫度相關(guān)性都大于 0.6 Temp@MIC，但機(jī)械參數(shù)與溫度的相關(guān)性最弱。在圖 11 (c) 中，一個(gè)有趣的現(xiàn)象是所有機(jī)械參數(shù)都與壓力高度相關(guān)，而壓力與電化學(xué)參數(shù)之間的 Pres@MIC 卻小于 0.6。雖然基于 MIC 的相關(guān)性評(píng)估表明這兩個(gè)領(lǐng)域之間存在某種聯(lián)系，但其相互作用的程度尚未確定，而這正是評(píng)估電池性能可靠性和估算算法魯棒性的關(guān)鍵。對(duì)于耦合強(qiáng)度分析，如圖 11（b）所示，Temp@MRC 的溫度誘導(dǎo)特征參數(shù)表明改善電解液的溫度特性和固液反應(yīng)界面的活性面積是提高電池容量和功率性能的有效途徑。Pres@MRC的壓力誘導(dǎo)的機(jī)械參數(shù)表明Δδ 具有較低的溫度和壓力靈敏度，而 Δσ 則具有較高的壓力靈敏度和適中的溫度靈敏度。在實(shí)際應(yīng)用中，壓力信號(hào)比精度低的應(yīng)變傳感器更容易獲得。因此，建立以壓力為輸入、應(yīng)變?yōu)檩敵龅母呔葯C(jī)械模型更為合理，有助于實(shí)現(xiàn)電池早期故障的在線診斷。在電池運(yùn)行過程中，電池的熱電耦合比其他兩場(chǎng)耦合更為強(qiáng)烈。這一結(jié)論有助于設(shè)計(jì)解耦實(shí)驗(yàn)和開發(fā)多場(chǎng)耦合建模方法，從而確保電動(dòng)汽車實(shí)際運(yùn)行過程中 BMS 功能的可靠性。

圖4.(a) 溫度誘導(dǎo)參數(shù)的歸一化 MIC 和 (b) MRC。(c，d）壓力誘導(dǎo)參數(shù)。參數(shù)分為三類：電化學(xué)參數(shù)、機(jī)械參數(shù)和熱參數(shù)。

04 總結(jié)與展望

本文提出了機(jī)械約束實(shí)驗(yàn)與原位定量框架相結(jié)合的分析框架。在三種機(jī)械約束條件下直接測(cè)量了多物理場(chǎng)信號(hào)，從而創(chuàng)建了一個(gè)全面的表征數(shù)據(jù)集以揭示多場(chǎng)耦合機(jī)制，分離 SOC、溫度和壓力對(duì)機(jī)械行為的影響，并量化多物理場(chǎng)之間的耦合度。結(jié)果表明，耦合行為與電池電化學(xué)特性密切相關(guān)。由于關(guān)鍵控制步驟的改變，溫度導(dǎo)致了不同程度的壓力誘導(dǎo)阻抗的變化以及不同的發(fā)熱和性能改善效果。與活性表面積密切相關(guān)的界面阻抗的變化進(jìn)一步證明了最佳壓力范圍與溫度的關(guān)系， 例如10 ℃ 時(shí) 180 至 240 kPa，25 ℃ 時(shí) 100 至 150 kPa，40 ℃ 時(shí) 50 至 100 kPa。在 20% SOC 的熱誘導(dǎo)機(jī)械行為中，由于彈性模量隨溫度升高而增加，機(jī)械約束導(dǎo)致了不同程度的熱膨脹。在充電過程中，升高每單位溫度將產(chǎn)生 1.60% 的膨脹力。通過MIC和MRC的量化結(jié)果表明，電化學(xué)參數(shù)與溫度的相關(guān)性很高，而機(jī)械參數(shù)與壓力的相關(guān)性很強(qiáng)。所有電化學(xué)參數(shù)對(duì)溫度的敏感性遠(yuǎn)高于壓力，這表明電化學(xué)-熱場(chǎng)的耦合度最高。

這項(xiàng)工作凸顯了分析程序在可視化和量化多場(chǎng)耦合方面的潛力，為耦合相互作用機(jī)制提供了更深入的見解，并為多場(chǎng)模擬提供了解決方案。這些進(jìn)展將不可避免地指導(dǎo)電池性能的提高和優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

X. Cai, C. Zhang, Z. Chen, L. Zhang, D. Uwe Sauer, W. Li, Characterization and quantification of multi-field coupling in lithium-ion batteries under mechanical constraints, Journal of Energy Chemistry (2024), 

蔡雪

北京交通大學(xué)電氣工程學(xué)院博士研究生，德國亞琛工業(yè)大學(xué)聯(lián)合培養(yǎng)博士研究生。研究方向?yàn)闄C(jī)械壓力下動(dòng)力/儲(chǔ)能電池性能優(yōu)化設(shè)計(jì)和安全管理技術(shù)研究。

張彩萍

北京交通大學(xué)電氣工程學(xué)院教授、智能交通綠色低碳技術(shù)教育部工程研究中心副主任。長期從事動(dòng)力/儲(chǔ)能電池優(yōu)化控制與安全管理技術(shù)研究，主持多項(xiàng)國家自然科學(xué)基金項(xiàng)、國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目課題。發(fā)表SCI期刊論文70余篇，獲國家科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)、教育部科學(xué)技術(shù)發(fā)明一等獎(jiǎng)、國家自然科學(xué)優(yōu)秀青年基金。

Weihan Li

亞琛工業(yè)大學(xué) “電池人工智能” 青年研究團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)人。于2021年與2017年分別獲得亞琛工業(yè)大學(xué)電氣工程與信息技術(shù)博士學(xué)位與汽車工程碩士學(xué)位。曾在倫敦帝國理工學(xué)院、牛津大學(xué)、麻省理工學(xué)院、德國大眾集團(tuán)和德國保時(shí)捷集團(tuán)從事研究工作，并獲得多項(xiàng)獎(jiǎng)項(xiàng)，包括德國聯(lián)邦教育與研究部的BattFutur Starting Grant、德國埃爾福特科學(xué)院的Reichart Prize、德國vgbe基金會(huì)創(chuàng)新獎(jiǎng)、歐盟電池青年研究獎(jiǎng)以及亞琛工業(yè)大學(xué)創(chuàng)新獎(jiǎng)等。