A Transient, Multi-Scale, Open-Source Software for the Numerical Simulation of Electrochemical Energy Systems

用于电化学能源系统数值模拟的瞬态、多尺度、开源软件

基本信息

  • 批准号:
    543579-2019
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 4.88万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    加拿大
  • 项目类别:
    Collaborative Research and Development Grants
  • 财政年份:
    2022
  • 资助国家:
    加拿大
  • 起止时间:
    2022-01-01 至 2023-12-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

Electrochemical energy systems, such as lithium ion batteries and polymer electrolyte fuel cells, are anticipated to lower vehicle well-to-wheel energy consumption and reduce their emission of green house gases and other air pollutants. Battery and fuel cell electric vehicles already have many of the performance attributes that customers expect, however they are still too costly to enable widespread commercialization. In order to reduce their cost, the amount of scarce metals, such as cobalt in lithium ion cathodes and platinum in fuel cells, needs to be reduced. In the case of lithium ion batteries, this can be accomplished by improving the performance and tolerance to low and high temperatures of cathode materials, such as LiFePO4, that do not use cobalt. In the case of fuel cells, the amount of platinum can be reduced by enabling the operation of fuel cells at high current densities (e.g., above 2.5 A/cm2) so that the electrical power produced per gram of catalyst is increased. To achieve these goals, however, a major re-design of the electrode in lithium ion battery and fuel cells is needed. Numerical models are required in order to understand the physical processes occurring inside battery and fuel cell electrodes and improve their design. Over the past decade, the principal investigator has developed an open-source numerical simulation framework for the analysis of fuel cells, namely the fuel cell simulation toolbox (OpenFCST). The framework already incorporates much of the functionality required to simulate fuel cell operation, however, it currently does not have any time-dependent capabilities preventing the software from studying water accumulation in fuel cells and battery charge-discharge. The proposed research aims at extending the capabilities of the software to study time-dependent phenomena. Novel features will be: a) the integration of micro-scale and full cell simulations in a single simulation framework; and, b) the use of particle size and pore size distribution models for batteries and fuel cells, respectively. The mathematical models developed in this research will be used by Johnson Matthey in order to develop their new generation lithium ion battery and fuel cell electrodes, and contribute to training four highly qualified personnel.
电化学能量系统,例如锂离子电池和聚合物电解质燃料电池,预计将降低车辆从井到轮的能量消耗,并减少其绿色室内气体和其他空气污染物的排放。电池和燃料电池电动汽车已经具备了客户期望的许多性能属性,但它们仍然过于昂贵,无法实现广泛的商业化。为了降低其成本,需要减少稀有金属的量,例如锂离子阴极中的钴和燃料电池中的铂。在锂离子电池的情况下,这可以通过改善不使用钴的阴极材料(例如LiFePO 4)的性能和对低温和高温的耐受性来实现。在燃料电池的情况下,铂的量可以通过使燃料电池能够在高电流密度下操作(例如,高于2.5A/cm 2),使得每克催化剂产生的电功率增加。然而,为了实现这些目标,需要对锂离子电池和燃料电池中的电极进行重大的重新设计。为了理解电池和燃料电池电极内部发生的物理过程并改进其设计,需要数值模型。在过去的十年中,主要研究者开发了一个用于分析燃料电池的开源数值模拟框架,即燃料电池模拟工具箱(OpenFCST)。该框架已经包含了模拟燃料电池操作所需的大部分功能,然而,它目前不具有任何与时间相关的功能,无法阻止软件研究燃料电池中的水积聚和电池充放电。拟议的研究旨在扩展软件的能力,研究随时间变化的现象。新功能将是:a)在单个模拟框架中集成微尺度和全电池模拟;以及B)分别使用电池和燃料电池的颗粒尺寸和孔尺寸分布模型。约翰逊万丰将使用本研究开发的数学模型开发新一代锂离子电池和燃料电池电极,并有助于培养四名高素质的人才。

项目成果

期刊论文数量(0)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)

数据更新时间:{{ journalArticles.updateTime }}

{{ item.title }}
{{ item.translation_title }}
  • DOI:
    {{ item.doi }}
  • 发表时间:
    {{ item.publish_year }}
  • 期刊:
  • 影响因子:
    {{ item.factor }}
  • 作者:
    {{ item.authors }}
  • 通讯作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ journalArticles.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ monograph.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ sciAawards.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ conferencePapers.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ patent.updateTime }}

SecanellGallart, MarcM其他文献

SecanellGallart, MarcM的其他文献

{{ item.title }}
{{ item.translation_title }}
  • DOI:
    {{ item.doi }}
  • 发表时间:
    {{ item.publish_year }}
  • 期刊:
  • 影响因子:
    {{ item.factor }}
  • 作者:
    {{ item.authors }}
  • 通讯作者:
    {{ item.author }}

相似国自然基金

基于Multi-Pass Cell的高功率皮秒激光脉冲非线性压缩关键技术研究
  • 批准号:
  • 批准年份:
    2022
  • 资助金额:
    30 万元
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
Multi-decadeurbansubsidencemonitoringwithmulti-temporaryPStechnique
  • 批准号:
  • 批准年份:
    2022
  • 资助金额:
    80 万元
  • 项目类别:
High-precision force-reflected bilateral teleoperation of multi-DOF hydraulic robotic manipulators
  • 批准号:
    52111530069
  • 批准年份:
    2021
  • 资助金额:
    10 万元
  • 项目类别:
    国际(地区)合作与交流项目
基于8色荧光标记的Multi-InDel复合检测体系在降解混合检材鉴定的应用研究
  • 批准号:
  • 批准年份:
    2021
  • 资助金额:
    30 万元
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
大规模非确定图数据分析及其Multi-Accelerator并行系统架构研究
  • 批准号:
    62002350
  • 批准年份:
    2020
  • 资助金额:
    24.0 万元
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
3D multi-parameters CEST联合DKI对椎间盘退变机制中微环境微结构改变的定量研究
  • 批准号:
    82001782
  • 批准年份:
    2020
  • 资助金额:
    24.0 万元
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
高速Multi-bit/cycle SAR ADC性能优化理论研究
  • 批准号:
    62004023
  • 批准年份:
    2020
  • 资助金额:
    24.0 万元
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
基于multi-SNP标记及不拆分策略的复杂混合样本身份溯源研究
  • 批准号:
  • 批准年份:
    2020
  • 资助金额:
    56 万元
  • 项目类别:
    面上项目
大地电磁强噪音压制的Multi-RRMC技术及其在青藏高原东南缘—印支块体地壳流追踪中的应用
  • 批准号:
  • 批准年份:
    2020
  • 资助金额:
    万元
  • 项目类别:
    国际(地区)合作与交流项目

相似海外基金

Imaging for Multi-scale Multi-modal and Multi-disciplinary Analysis for EnGineering and Environmental Sustainability (IM3AGES)
工程和环境可持续性多尺度、多模式和多学科分析成像 (IM3AGES)
  • 批准号:
    EP/Z531133/1
  • 财政年份:
    2024
  • 资助金额:
    $ 4.88万
  • 项目类别:
    Research Grant
CSR: Small: Multi-FPGA System for Real-time Fraud Detection with Large-scale Dynamic Graphs
CSR:小型:利用大规模动态图进行实时欺诈检测的多 FPGA 系统
  • 批准号:
    2317251
  • 财政年份:
    2024
  • 资助金额:
    $ 4.88万
  • 项目类别:
    Standard Grant
Investigating Multi-Scale Dynamical Processes Amplifying Storm Surges
研究放大​​风暴潮的多尺度动力学过程
  • 批准号:
    2342516
  • 财政年份:
    2024
  • 资助金额:
    $ 4.88万
  • 项目类别:
    Standard Grant
Collaborative Research: NCS-FR: Individual variability in auditory learning characterized using multi-scale and multi-modal physiology and neuromodulation
合作研究:NCS-FR:利用多尺度、多模式生理学和神经调节表征听觉学习的个体差异
  • 批准号:
    2409652
  • 财政年份:
    2024
  • 资助金额:
    $ 4.88万
  • 项目类别:
    Standard Grant
CAREER: A Multi-faceted Framework to Enable Computationally Efficient Evaluation and Automatic Design for Large-scale Economics-driven Transmission Planning
职业生涯:一个多方面的框架,可实现大规模经济驱动的输电规划的计算高效评估和自动设计
  • 批准号:
    2339956
  • 财政年份:
    2024
  • 资助金额:
    $ 4.88万
  • 项目类别:
    Continuing Grant
CAREER: Strategic Interactions, Learning, and Dynamics in Large-Scale Multi-Agent Systems: Achieving Tractability via Graph Limits
职业:大规模多智能体系统中的战略交互、学习和动态:通过图限制实现可处理性
  • 批准号:
    2340289
  • 财政年份:
    2024
  • 资助金额:
    $ 4.88万
  • 项目类别:
    Continuing Grant
Collaborative Research: GEM--Multi-scale Magnetosphere-Ionosphere-Thermosphere Coupling Dynamics Driven by Bursty Bulk Flows
合作研究:GEM——突发体流驱动的多尺度磁层-电离层-热层耦合动力学
  • 批准号:
    2349872
  • 财政年份:
    2024
  • 资助金额:
    $ 4.88万
  • 项目类别:
    Standard Grant
Solar Eclipse Workshop: Observations of April 2024 Total Solar Eclipse and Community Discussion of Multi-Scale Coupling in Geospace Environment; Arlington, Texas; April 8-10, 2024
日食研讨会:2024年4月日全食观测及地球空间环境多尺度耦合的社区讨论;
  • 批准号:
    2415082
  • 财政年份:
    2024
  • 资助金额:
    $ 4.88万
  • 项目类别:
    Standard Grant
Multi-Scale Magnonic Crystals and Fractional Schr?dinger Equation-Governed Dynamics
多尺度磁子晶体和分数阶薛定谔方程控制的动力学
  • 批准号:
    2420266
  • 财政年份:
    2024
  • 资助金额:
    $ 4.88万
  • 项目类别:
    Standard Grant
Multi-scale, multi-modal X-ray imaging using speckle
使用散斑的多尺度、多模态 X 射线成像
  • 批准号:
    DE220101402
  • 财政年份:
    2024
  • 资助金额:
    $ 4.88万
  • 项目类别:
    Discovery Early Career Researcher Award
{{ showInfoDetail.title }}

作者:{{ showInfoDetail.author }}

知道了