Modelo analítico evalúa la capacidad de la batería

La optimización de la batería generalmente implica un equilibrio entre la energía (la cantidad que puede almacenar) y la densidad de potencia (la tasa de su liberación), todo lo cual depende de los materiales, sus configuraciones y estructuras internas como la porosidad. Hay parámetros ajustables asociados con la estructura que necesitan ser optimizados. Por lo general, se deben realizar decenas de miles de cálculos para buscar el espacio de parámetros y encontrar la mejor combinación. Este es un proceso que requiere mucho tiempo.

Los investigadores han desarrollado un método más rápido y sencillo que no requiere una simulación numérica compleja para guiar la selección y el diseño de los componentes de la batería y cómo interactúan. El modelo simplificado tiene una precisión dentro del 10 % de los algoritmos más intensivos en computación y permitirá a los investigadores evaluar rápidamente la capacidad de velocidad de las baterías.

Casi todos los diseñadores y optimizadores de celdas de batería utilizan simulaciones pseudo bidimensionales (P2D), que son costosas de ejecutar. Esto se convierte especialmente en un problema cuando se optimizan las celdas de la batería porque tienen muchas variables y parámetros que deben ajustarse cuidadosamente para maximizar el rendimiento.

La nueva herramienta proporciona una forma más rápida y transparente de acelerar el proceso de diseño y ofrece información simple y clara que no siempre es fácil de obtener a partir de simulaciones numéricas. El modelo podría implementarse fácilmente en software tan común como MATLAB y Excel, e incluso en calculadoras.

Para probar el modelo, los investigadores permitieron que buscara la porosidad y el espesor óptimos de un electrodo en baterías comunes de celda completa y media celda. En el proceso, descubrieron que los electrodos con un comportamiento de "reacción uniforme", como el níquel-manganeso-cobalto y el óxido de níquel-cobalto-aluminio, son los mejores para aplicaciones que requieren electrodos gruesos para aumentar la densidad de energía. También encontraron que las medias celdas de la batería (con un solo electrodo) tienen una capacidad de velocidad inherentemente mejor, lo que significa que su rendimiento no es un indicador confiable de cómo funcionarán los electrodos en las celdas completas que se usan en las baterías comerciales.