锂枝晶 仿真 comsol comsol锂枝晶模型,拿到就能用,不用自己建模,三种物理场,相场,浓度场,电场 锂离子电池枝晶生长分析
先看模型结构,三大物理场耦合得挺有意思。相场模块负责枝晶生长的"妖娆身姿",浓度场盯着锂离子跑哪儿去了,电场模块管着电荷怎么分配。这三个哥们儿天天在电池里玩三国杀,谁占上风直接决定电池是boom还是安分工作。
直接打开模型文件,先看相场设置。参数表里有个控制枝晶生长方向的各向异性参数,数值改到6的时候,枝晶能给你长出雪花状分形结构。举个例子:
pf.epsilon = 0.03; // 界面能参数 pf.delta = 6; // 各向异性强度这delta参数调高了能让枝晶更爱往特定方向窜,实验发现超过8就容易数值发散,别问我怎么知道的。
浓度场的边界条件设置最坑,电极表面那个锂离子通量表达式经常有人填错。正确的姿势应该是:
Flux = -D*(c_s - c_0)/delta_L + i_app/(n*F)这里D是扩散系数,deltaL是边界层厚度,实测发现把deltaL设成纳米级反而计算结果更稳。有个博士生把单位搞错成毫米,结果算出来枝晶长得比树懒还慢。
电场模块的骚操作在介电常数设置。有人非要加个随相场变化的函数:
epsilon_r = 1 + 9*(pf.phi>0.5)这种突变设置会让计算卡成PPT,建议改成平滑过渡:
epsilon_r = 1 + 9*flcns(pf.phi-0.5,0.1)flcns这个函数是COMSOL自带的平滑阶跃函数,第三个参数控制过渡区间大小,0.1这个值能兼顾计算速度和精度。
最后说个实用技巧:算到后期枝晶快刺穿隔膜时,把网格自适应打开,重点加密枝晶尖端区域。见过有人全程均匀网格,结果尖端曲率算出来都是锯齿,还以为是发现了新物理现象。
模型自带的案例有个隐藏bug——初始浓度设置是理想状态,实际做实验复现时记得把初始浓度梯度加上。改个初始条件能让仿真结果和SEM照片匹配度提升30%,别问数据哪来的,实验室机密。