[发明专利]力学冲击下超级电容器电解液离子重分布效应的仿真方法

权利要求书

1.一种力学冲击下超级电容器电解液离子重分布效应的仿真方法，其特征在于，包括以下步骤：

建立超级电容器的储能动力学模型；

在所述储能动力学模型中，嵌入力学冲击下电解液离子的迁移重分布模型，以构成基于超级电容器的储能-冲击敏感耦合模型体系；以及

利用有限元软件对所述储能-冲击敏感耦合模型体系进行仿真计算，以实现力学冲击下超级电容器电解液离子重分布效应的有效仿真。

2.根据权利要求1所述的力学冲击下超级电容器电解液离子重分布效应的仿真方法，其特征在于，所述储能动力学模型包括双电层效应模型和法拉第反应模型。

3.根据权利要求1所述的力学冲击下超级电容器电解液离子重分布效应的仿真方法，其特征在于，所述储能动力学模型是通过电极活性材料和电解液材料之间发生的高度可逆的氧化还原反应，使得电荷发生转移产生并存储能量，其中，所述法拉第反应模型储能占主导地位。

4.根据权利要求1所述的力学冲击下超级电容器电解液离子重分布效应的仿真方法，其特征在于，所述储能-冲击敏感耦合模型体系包括双电层效应的电极动力学模型，法拉第反应的电极动力学模型，电解液中的离子扩散模型和力学冲击下的电解液离子重分布模型。

5.根据权利要求1或4所述的力学冲击下超级电容器电解液离子重分布效应的仿真方法，其特征在于，通过所述储能动力学模型对双电层效应模型进行法拉第电流修正，使得所述超级电容器在充电和放电过程中的电势场、离子浓度场在法拉第反应模型和双电层效应模型两种机制共同驱动下的变化趋势得以确定。

6.根据权利要求1所述的力学冲击下超级电容器电解液离子重分布效应的仿真方法，其特征在于，在嵌入力学冲击时，电解液将受惯性力驱动产生定向流动，其流场变化的动力学过程由Navier-Stokes方程进行描述：

其中，u₁，ρ₁，μ分别表示电解液流体的流场速度，密度，动力学粘度。

7.根据权利要求1所述的力学冲击下超级电容器电解液离子重分布效应的仿真方法，其特征在于，通过COMSOL弱形式方程和通用形式偏微分方程的复杂模型构建方法，对锂离子电池模块内嵌模型进行修正，使得所述储能动力学模型符合构建的所述储能-冲击敏感耦合模型体系。

8.根据权利要求7所述的力学冲击下超级电容器电解液离子重分布效应的仿真方法，其特征在于，所述通用形式偏微分方程架构如下：

其中，u是偏微分方程因变量，t是自变量，其他参数为通用系数。

9.根据权利要求1所述的力学冲击下超级电容器电解液离子重分布效应的仿真方法，其特征在于，利用COMSOL软件对所述超级电容器冲击敏感特性进行仿真，所述超级电容器在不同的工作模式下出现两种的冲击敏感现象，其中，第一种情况为当所述超级电容器进行大电流充电时，反应电流得失离子的速率远远大于溶液中离子扩散的速率，第二种情况与所述第一种情况相反，由于所述超级电容器的自放电效应，离子浓度分布已变均衡。