[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

说明书

本发明公开了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，该方法包括以下步骤：建立超级电容器的储能动力学模型；在储能动力学模型中，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；利用有限元软件对储能‑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。该方法可以对冲击过程中的电解液离子浓度变化、超级电容器输出电压变化进行数值计算，还可以电容器的重要工作参数进行扫描，分析其对于离子重分布效应显著性的影响规律，可有效促进对超级电容器力学敏感效应的抑制或增强，满足其在不同工作环境的应用需求。

技术领域

本发明涉及超级电容器技术领域，特别涉及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。

背景技术

超级电容器是一种应用广泛的电化学储能器件，它通过双电层效应和法拉第反应两种机理实现能量的存储和释放，具有容量密度大，高低温性能好、循环寿命长等优势，已经广泛应用于电动汽车、工业检测和可穿戴电子器件等领域。

建模仿真方法对于超级电容器的设计和开发具有重要作用，可以通过参数扫描进行数值计算，实现对各主要设计参数的优化设计，部分替代传统设计方法中所需的繁琐实验测试。但是，相关技术中的超级电容器建模仿真方法，均仅考虑了其在常温常压状态下电化学特性，而忽略了温度、压力等环境因素的干扰效应，限制了这类仿真方法的实际应用。

事实上，随着超级电容器在一些工业检测领域的逐步应用，其在工作状态下不可避免会受到外部力学冲击作用。而超级电容器内部储存有液态电解质，在冲击作用下具有离子重分布效应。因此，迫切的需要一种新型仿真方法，实现对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。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。

为此，本发明的目的在于提出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，该方法通过comsol仿真软件平台具体实现，并与matlab仿真平台兼容，具有便于移植、拓展的可行性。

为达到上述目的，本发明提出了超级电容器电解液离子重分布效应的仿真方法，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；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。

本发明实施例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，描述了超级电容器在充放电过程中电解液离子浓度不均衡现象的产生机制以及力学冲击作用产生的离子浓度重分布机制，并考虑了离子浓度重分布效应对超级电容器电化学反应的影响作用，通过COMSOL仿真软件平台具体实现，并与matlab仿真平台兼容，具有便于移植、拓展的可行性；进而可以实现对力学冲击过程中超级电容器电解液离子重分布效应的动力学仿真，包括对电解液离子浓度、器件输出电压的精确仿真计算；可以对放电电流等器件工作参数进行扫描，分析其对于超级电容器力学冲击敏感特性的影响规律；可以对冲击时刻的放电程度参数进行扫描，分析其对于超级电容器力学冲击敏感特性的影响规律。

另外，根据本发明上述实施例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还可以具有以下附加的技术特征：

进一步地，在本发明的一个实施例中，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。

进一步地，在本发明的一个实施例中，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。