[发明专利]一种预测超级电容器性能的数值仿真方法

说明书

一种预测超级电容器性能的数值仿真方法，1）采用实验方法，获得超级电容器电极的真实结构图片；2）基于超级电极的真实结构，建立电极的物理模型，并且赋予模型中各个组分相应的物性参数；3）在步骤2）得到的电极的物理模型中，用用电荷守恒方程描述超级电容器的工作过程；4）将步骤3）得到的数值仿真计算结果与步骤1）用实验得到的结果进行比较，两者的方差最小时，则最后确定预测超级电容器性能的物理模型。与实验测试方法相比，本发明可以快速评估超级电容器的电性能，所需的时间成本低。模型基于电极的真实结构进行构建，准确性高。减少了实验过程的环境控制和人为干扰，重现性和可靠性高。

技术领域

本发明涉及一种数值仿真方法，尤其涉及一种预测超级电容器性能的数值仿 真方法。

背景技术

超级电容器是一种新型储能器件，具有充放电速度快、效率高、循环寿命长、 工作温度宽和免维护等诸多优点。在能源、通信、交通、电力电子、国防等领域 有着十分广阔的应用前景。

传统表征超级电容器性能的方法是对制备的器件进行测试，得到其容量、充 放电曲线、循环寿命等信息。然而这种方法有以下几个缺点：

缺点1：针对新型材料评价结果的可靠性和重现性不高。

材料的掺杂、包覆、形貌尺寸调控等性能优化技术推动了超级电容器技术的 进步。很多新型材料用于超级电容器成为可能。然而，新型材料对器件的制备工 艺和环境控制提出了更高要求，运用传统器件制备工艺和制程控制得到的超级电 容器，在评价新型材料的性能时存在可靠性不好、重现性不高的问题。

缺点2：器件制备和测试周期长。

超级电容器制造的主要工序包括“制浆-涂布-制片-装配-注液-化成”等， 器件制备周期较长；同时，器件测试也需要消耗一定的时间。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种可以有效缩短 研究时间，节省人力成本，并且实验重现性好的预测超级电容器性能的数值仿 真方法。

为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：一种预测超级电容器性能 的数值仿真方法，1)采用实验方法，获得超级电容器电极的真实结构图片； 2)基于超级电极的真实结构，建立电极的物理模型，并且赋予模型中各个组分 相应的物性参数；a)初始化：将实验得到的电极结构图片离散成Nx×Ny×Nz 个节点，每个节点对应有物相的标识符号，任一点的相函数I_i(r)可用如下公 式描述：

I＝0表示电解液相；i＝1表示电极活性物质，i＝2表示添加剂，

各个节点被指定为某一特定物相的概率为特定物相的体积分数；体积分数通过对相i的相函数统计平均得到：

ε_i＝I_i(r)

b)、执行计算：随机选择两个属于不同相的节点，r_i和r_j,计算相对概率P_i(r _i)、P_j(r_i)、P_i(r_j)、P_j(r_j)；

其中分布函数p_ij(r_i，r_j)的计算公式为：