リチウムイオン電池性能を説明する新しいモデルを開発(Modelling lithium-ion batteries: 30 seconds to impact)

2026-03-24 デルフト工科大学

デルフト工科大学(TU Delft)の研究は、リチウムイオン電池の内部挙動を高速かつ高精度で再現する新たなモデリング手法を開発したもの。従来は詳細な物理モデルの計算に時間がかかり、設計や制御への即時応用が難しかったが、本手法では約30秒で結果を得られる。電極内のイオン移動や電位変化などの複雑な現象を効率的に近似し、精度を維持しつつ計算負荷を大幅に削減した。これにより電池の劣化予測や安全性評価、リアルタイム制御への応用が可能となり、電気自動車やエネルギー貯蔵システムの性能向上に貢献すると期待される。

<関連情報>

単結晶電極を一次粒子のネットワークとしてモデル化する Modeling single-crystal electrodes as a network of primary particles

Pierfrancesco Ombrini,Shakul Pathak,Dimitrios Ntagkras,Santosh K. Pal,Pranav Karanth,Fokko M. Mulder,Marnix Wagemaker,Martin Z. Bazant and  Alexandros Vasileiadis
Energy & Environmental Science  Published:08 Oct 2025
DOI:https://doi.org/10.1039/D5EE04131G

リチウムイオン電池性能を説明する新しいモデルを開発(Modelling lithium-ion batteries: 30 seconds to impact)

Abstract

Predicting lithium-ion battery behavior is critical for advancing next-generation energy storage. Conventional Doyle–Fuller–Newman models can simulate many materials, but they fail in phase-separating single-crystal systems, such as lithium iron phosphate (LiFePO4, LFP), where the electrical connectivity of primary particles limits charge transport. We redefine the electrode as a network of reactive primary particles, each governed by validated electrochemical kinetics and interconnected through tomographic-informed contact resistances. Without empirical tuning, the model predicts voltage responses of LiFePO4 electrodes across temperatures, rates, loadings, and dynamic load conditions using a single fitted physical parameter. It also captures and explains charge–discharge asymmetries and hysteresis. By bridging particle-scale physics up to cell-level performance, while retaining computational efficiency, this physics-based framework provides a foundation for the design, and control of single-crystal electrode systems.

0402電気応用
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