Multiscale Simulations for Electrochemical Devices

حفاظت از محیط زیست و پایداری نگرانی های اصلی در دنیای امروز است و کاهش انتشار CO₂ و اجرای انرژی پاک چالش های اجتناب ناپذیری برای دانشمندان و مهندسان امروزی است. توسعه دستگاه های الکتروشیمیایی مانند سلول های سوختی، باتری های لیتیوم یونی و فتوسنتز مصنوعی برای حل مشکلات زیست محیطی حیاتی است. یک دستگاه کاربردی نیاز به طراحی مواد و سیستم های عملیاتی دارد. با این حال، یک موضوع چند رشته‌ای که فیزیک و شیمی میکروسکوپی و همچنین ویژگی‌های دستگاه ماکروسکوپی را پوشش می‌دهد وجود ندارد. در این شرایط، شبیه‌سازی‌های چند مقیاسی نقش مهمی ایفا می‌کنند.

این کتاب به گردآوری و جزئیات تحقیق و توسعه مدل‌سازی محاسباتی اتمی، نانومقیاس، میکرومقیاس و کلان برای دستگاه‌های مختلف الکتروشیمیایی، از جمله هیدروژن می‌پردازد. ذخیره سازی، باتری های لیتیوم یون، سلول های سوختی و فوتوکاتالیز مصنوعی. نویسندگان سال ها در توسعه مواد و دستگاه های انرژی مشارکت داشته اند. در هر فصل، پس از بررسی روش‌های محاسباتی که معمولاً در این زمینه مورد استفاده قرار می‌گیرند، نویسندگان بر روی یک رویکرد محاسباتی خاص تمرکز می‌کنند که برای یک مسئله واقعی که برای بهبود دستگاه حیاتی است، اعمال می‌شود. آنها تکنیک شبیه سازی را نه تنها به عنوان یک ابزار تجزیه و تحلیل برای توضیح نتایج تجربی، بلکه به عنوان یک ابزار طراحی در مقیاس مورد علاقه معرفی می کنند. در پایان هر فصل، چشم انداز آینده به عنوان راهنمایی برای گسترش تحقیق اضافه می شود. بنابراین، این کتاب به عنوان یک کتاب درسی یا مرجعی در مورد شبیه‌سازی‌های چند مقیاسی مناسب است و برای هر کسی که علاقه‌مند به یادگیری شبیه‌سازی‌های عملی و به‌کارگیری آن‌ها در مسائل مربوط به توسعه دستگاه‌های الکتروشیمیایی مرزی و آینده‌نگر است، جذاب خواهد بود.

Environmental protection and sustainability are major concerns in today’s world, and a reduction in CO₂ emission and the implementation of clean energy are inevitable challenges for scientists and engineers today. The development of electrochemical devices, such as fuel cells, Li-ion batteries, and artificial photosynthesis, is vital for solving environmental problems. A practical device requires designing of materials and operational systems; however, a multidisciplinary subject covering microscopic physics and chemistry as well as macroscopic device properties is absent. In this situation, multiscale simulations play an important role.

This book compiles and details cutting-edge research and development of atomistic, nanoscale, microscale, and macroscale computational modeling for various electrochemical devices, including hydrogen storage, Li-ion batteries, fuel cells, and artificial photocatalysis. The authors have been involved in the development of energy materials and devices for many years. In each chapter, after reviewing the calculation methods commonly used in the field, the authors focus on a specific computational approach that is applied to a realistic problem crucial for device improvement. They introduce the simulation technique not only as an analysis tool to explain experimental results but also as a design tool in the scale of interest. At the end of each chapter, a future perspective is added as a guide for the extension of research. Therefore, this book is suitable as a textbook or a reference on multiscale simulations and will appeal to anyone interested in learning practical simulations and applying them to problems in the development of frontier and futuristic electrochemical devices.