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隨著鋰離子電池（LIBs）的密集發展，電池建模變得越來越重要。多孔電極模型將電池性能與內部物理和（電）化學過程聯系起來，是科學研究和工程領域最常用的模型之一。

在此，荷蘭埃因霍芬理工大學Peter H. L. Notten等人系統地總結和討論了P2D多孔電極模型在LIBs中的應用。P2D 模型結合了多孔電極理論和濃溶液理論，為LIB內部發生的物理和電化學過程提供了基本的理論框架。基于P2D模型的模擬已廣泛用于LIB，并提供了對反應機制和電池狀態監測的更好理解。通過建模可將電池特性可視化，即輸出電壓/電流、電解液和電極中的Li⁺濃度和電勢分布、反應速率分布。

此外，建模還可解釋電池過電位和阻抗的特征，揭示對多孔電極內部反應機理的深刻理解，P2D模型模擬的過電位和Li⁺濃度分布可用于計算電池內部的溫度和應力分布。配備老化機制的P2D模型可模擬電池退化并進行電池設計優化以實現穩定的循環行為，簡化的P2D模型可用于在狀態觀察器的幫助下實時估計和監控電池狀態。

圖1. P2D模型中各種參數之間的關系

最后，作者討論了P2D多孔電極模型在LIB中應用剩余的挑戰：

（1）P2D模型高精度和低計算成本之間的權衡策略非常具有挑戰性；

（2）以高精度實驗確定電池參數至關重要，同時準確測定不同的電解質體系和電極材料也是必不可少的；

（3）電池設計優化目標需要針對高能和高功率電池進行優化，同時需要通過改變一個參數來考慮多重影響，還需要考慮由最大可實現電池性能定義的飽和條件及電池老化；

（4）應仔細研究反應速率分布對電池性能的影響，包括過電位、阻抗、溫度、應力和老化等；

（5）仍需要進一步發展老化模型，將壓裂與擴散、動力學特性和顆粒破碎相關聯仍然是一個挑戰；

（6）未來研究中應更詳細地研究平衡模型簡化和模擬精度。

圖2. 完整和簡化的P2D模型應用于在線狀態估計

Porous Electrode Modeling and its Applications to Li-Ion Batteries, Advanced Energy Materials 2022. DOI: 10.1002/aenm.202201506

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AEM綜述: 多孔電極建模及其在鋰離子電池中的應用！

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