Beregningsorientert elektrokjemi

Hva kan vi hjelpe deg med?

Simulering gir innsikt i hvordan elektrokjemiske systemer virker, og hvordan ytelsen påvirkes av utforming og driftsbetingelser. Nye forskningsspørsmål krever ofte modeller og funksjonalitet som ikke finnes i eksisterende programvare. Vi utvikler og utvider simuleringsverktøy for å møte slike behov, med særlig vekt på litiumionbattericeller.

Vi samarbeider med industripartnere og forskningsmiljøer om å:

• Utvikle fysikkbaserte modeller og implementere nye prosesser og beskrivelser av materialegenskaper.
• Koble modeller for elektrokjemiske prosesser, transport og varmeoverføring.
• Forbedre numeriske metoder og effektivisere programvare for store simuleringer.
• Bruke sensitiviteter og gradientbaserte metoder til parameterestimering og optimering av design.
• Tilpasse simuleringsverktøy med åpen kildekode til konkrete forsknings- og utviklingsoppgaver.

Ta kontakt med vår forskningsgruppe for Anvendt beregningsvitenskap for å diskutere en modelleringsutfordring, behov for ny funksjonalitet eller forbedringer av et eksisterende simuleringsverktøy.

Fra nye modeller til fungerende simulatorer

Vi arbeider med hurtig prototyping for å gjøre det enklere å innføre nye modeller og funksjoner, prøve ut alternative formuleringer og undersøke samspillet mellom fysiske prosesser. Fleksibel programvare gjør at modellene kan videreutvikles i takt med forskningsspørsmålene.

Vi bruker automatisk derivasjon til å beregne deriverte som inngår i numeriske løsere og sensitivitetsanalyser. Sammen med adjungerte metoder gir dette et effektivt grunnlag for å beregne hvordan simuleringsresultatene påvirkes av modellparametrene. Disse sensitivitetene kan brukes til å tilpasse modeller til måledata og optimere utformingen av elektrokjemiske systemer.

Effektiv simulering av koblede prosesser

Elektrokjemiske systemer omfatter flere prosesser som påvirker hverandre og ofte må beregnes samlet. Vi arbeider med detaljerte modeller med mer enn én million frihetsgrader og fullt koblede simuleringer av elektrokjemiske og termiske prosesser.

Slike beregninger stiller store krav til de numeriske metodene. Vi utvikler effektive løsere og prekondisjoneringsmetoder for ligningssystemene som oppstår, og forbedrer implementasjonen slik at detaljerte simuleringer blir mer praktisk anvendelige. Målet er å oppnå den nøyaktigheten oppgaven krever, med en akseptabel beregningskostnad.

BattMo: åpne verktøy for elektrokjemisk modellering

Vi er blant hovedutviklerne av BattMo, et rammeverk med åpen kildekode for kontinuummodellering av elektrokjemiske systemer, særlig litiumionbatterier. BattMo brukes til å utvikle modeller, studere koblede prosesser og integrere simulering i utformingen av nye battericeller.

Åpen kildekode gjør både modelligningene og den numeriske implementasjonen tilgjengelige for innsyn og videreutvikling. Samarbeidspartnere kan dermed bygge videre på felles programvare fremfor å starte fra bunnen av. Kildekoden til BattMo er tilgjengelig på GitHub.

Numeriske metoder møter batteriteknologi

Vi kombinerer simulatorutvikling med SINTEFs ekspertise innen batteriteknologi. Tett samarbeid mellom forskere innen modellering og eksperimentelt arbeid bidrar til at programvaren utvikles rundt relevante industrielle problemstillinger. Slik kobles simuleringene til kunnskap om materialer, celleutforming og testing.

Dette gir et grunnlag for modeller som både kan forklare elektrokjemiske prosesser og brukes til å undersøke konkrete valg i utviklingen av nye battericeller.

Utvalgte prosjekter

• DigiBatt: Digitale løsninger for raskere batteritesting (engelsk)
• BATMAX: Batteristyring ved bruk av digitale tvillinger med flere domener
• HYDRA: Hybride effekt- og energielektroder for neste generasjon litiumionbatterier
• HYDROGENi: Norsk forsknings- og innovasjonssenter for hydrogen og ammoniakk
• IntelLiGent: Innovative og bærekraftige litiumionceller med høy spenning
• BIG-MAP: Battery Interface Genome – Materials Acceleration Platform (engelsk)