耦合分析 — 电化学耦合 — 文章目录
电化学耦合同时处理电极反应、离子输运、产热，有时还包括机械变形，是锂离子电池和燃料电池设计的核心技术。把以Newman型模型为代表的电化学模型与热回路或热流体分析耦合，可以预测充放电过程中的温度分布和劣化速度。由于反应速度随温度呈指数变化（阿伦尼乌斯定律），热与电化学不可分割，这正是该领域的本质。
《电池衰减模拟》讲解SEI膜生长、锂析出等劣化机理的建模与寿命预测，《超级电容器建模》讲解双电层的等效电路与多孔电极模型。两者的共同点是：参数辨识（与实测数据拟合）是精度的生命线。
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- 电池衰减模拟
把锂离子电池容量衰减分为搁置引起的日历老化（与时间平方根成正比）和充放电引起的循环老化（循环数的0.55次方），并计入温度影响（活化能50 kJ/mol）。 - 电池热失控模拟
电池热失控模拟详解：从SEI分解、Arrhenius反应速率到电池间热传播的支配方程，结合FEM定式、时间积分与非线性耦合处理，预测锂电池热失控风险。 - 超级电容器建模
对3000 F、2.7 V双电层电容器计算了储存能量（3.04 Wh）、最大功率（6.3 kW）和以1 kW放电的时间（含电阻损耗7.53秒）。用传输线模型表示孔内电阻，可用电容在1 Hz时降到65%， - 腐蚀仿真
由氧供给决定的电流计算海水中钢的腐蚀。单独的钢每年0.174 mm。与铜连接时，铜面积为钢的10倍时每年1.91 mm，100倍时每年17.6 mm，腐蚀集中在小阳极上。 - 腐蚀模拟
以海水中钢与贵金属组合为例讲解腐蚀电化学模拟。氧扩散控制电流0.1 A/m²时，钢单独腐蚀每年0.12 mm，贵金属面积为钢的10倍时1.3 mm，100倍时11.7 mm，与面积比成正比； - 电解加工仿真
用食盐水电解加工钢时，计算了由工具进给速度决定的平衡间隙。电压15 V、电导率0.15 S/cm时，进给1.0 mm/min间隙为0.357 mm、电流密度50.4 A/cm²，进给加倍间隙减半。 - 电解模拟
对碱性水电解（KOH、80℃、0.3 A/cm²）计算了电极与隔膜之间积聚的气泡使电压升高多少。高1 m电极的上端，阴极侧气泡占34%，间隙电压损失从无气泡时的0.150 V增至0.244 V。 - 水电解模拟
把质子交换膜水电解（80℃）的单电池电压分为活化与欧姆损耗计算。电流密度1.0 A/cm²时电压1.744 V，每kg氢耗电46.4 kWh，效率（高位）85%。 - Electroplating
电镀模拟耦合分析：基于一次、二次、三次电流分布与Butler-Volmer方程，结合FEM与BEM预测镀膜厚度均匀性与电流分布，优化电镀工艺设计。 - 燃料电池建模
把质子交换膜燃料电池（80℃）的电压分为活化、欧姆、浓差三种损耗计算。电流密度1.0 A/cm²时单电池电压0.635 V，其中活化损耗0.42 V最大。功率在1.70 A/cm²时最大，为0.83 W/cm²。 - 燃料电池仿真
对质子交换膜燃料电池（300 cm²，1.0 A/cm²）计算了改变送入空气量时流道出口的状态。所需量的1.5倍（化学计量比1.5）时出口氧为8.1%，湿度78%，出口侧电压损失0.036 V。 - 锂离子电池仿真
用等效电路模型和发热公式讲解锂离子电池分析。假想18650电芯中，放电倍率从1C提高到3C，发热约增加9倍，一次放电温升从9 K增至56 K；无冷却时2C也超过60 K。并总结电化学-热耦合分析的方法。