Physical Multiscale Modeling and Numerical Simulation of Electrochemical Devices for Energy Conversion and Storage: From Theory to Engineering to Practice

ویرایش: 1 
نویسندگان: Alejandro A. Franco,  Marie Liesse Doublet,  Wolfgang G. Bessler (eds.)  
سری: Green Energy and Technology 
ISBN (شابک) : 9781447156765, 9781447156772 
ناشر: Springer-Verlag London 
سال نشر: 2016 
تعداد صفحات: 253 
زبان: English 
فرمت فایل : PDF (درصورت درخواست کاربر به PDF، EPUB یا AZW3 تبدیل می شود) 
حجم فایل: 9 مگابایت 

قیمت کتاب (تومان) : 45,000



هدف این کتاب مرور روش‌های نوآورانه مدل‌سازی چند مقیاسی فیزیکی است که به صورت عددی ساختار و خواص دستگاه‌های الکتروشیمیایی را برای ذخیره و تبدیل انرژی شبیه‌سازی می‌کنند. نوشته شده توسط متخصصان در سطح جهانی در این زمینه، مفاهیم، ​​روش‌شناسی و رویکردهای مرتبط با ab initio را با مدل‌سازی در مقیاس میکرو، میانی و کلان اجزا و سلول‌ها بازبینی می‌کند. همچنین چالش‌های علمی عمده این حوزه، مانند باتری‌های لیتیوم یونی را مورد بحث قرار می‌دهد. این کتاب نشان می‌دهد که چگونه سلول‌های سوختی و باتری‌ها را می‌توان با هم ترکیب کرد تا از روش‌های مدل‌سازی فیزیکی چند مقیاسی به خوبی تثبیت شده برای پیشبرد تحقیقات در این زمینه استفاده کند. این کتاب همچنین قابلیت‌های امیدوارکننده چنین رویکردهایی را برای آزمایش‌های مجازی ارزان نشان می‌دهد.

در سال‌های اخیر، سیستم‌های الکتروشیمیایی مانند سلول‌های سوختی غشایی الکترولیت پلیمری، سلول‌های سوختی اکسید جامد، الکترولیزهای آب، باتری‌های لیتیوم یونی و ابرخازن‌ها به دلیل پتانسیل تبدیل انرژی پاک و به عنوان ابزار ذخیره‌سازی توجه زیادی را به خود جلب کرده‌اند. این امر منجر به پیشرفت های تکنولوژیکی فوق العاده مانند توسعه الکترولیت های جدید و طراحی های مهندسی جدید ساختارهای الکترود شده است. با این حال، این فناوری‌ها هنوز از تمام ویژگی‌های لازم، به ویژه از نظر هزینه و دوام، برای رقابت در جذاب‌ترین بازارها برخوردار نیستند. روش‌های مدل‌سازی چند مقیاسی فیزیکی، شکاف بین خواص اتمی و ساختاری مواد و رفتار ماکروسکوپی یک دستگاه را پر می‌کنند. آنها نقش مهمی در بهینه سازی مواد و عملکرد در شرایط واقعی بازی می کنند، در نتیجه عملکرد سلول و دوام را با هزینه کاهش می دهند. این کتاب منبع ارزشمندی برای محققان، مهندسان و دانشجویان علاقه مند به مدل سازی فیزیکی، شبیه سازی عددی، الکتروشیمی و شیمی نظری فراهم می کند.

The aim of this book is to review innovative physical multiscale modeling methods which numerically simulate the structure and properties of electrochemical devices for energy storage and conversion. Written by world-class experts in the field, it revisits concepts, methodologies and approaches connecting ab initio with micro-, meso- and macro-scale modeling of components and cells. It also discusses the major scientific challenges of this field, such as that of lithium-ion batteries. This book demonstrates how fuel cells and batteries can be brought together to take advantage of well-established multi-scale physical modeling methodologies to advance research in this area. This book also highlights promising capabilities of such approaches for inexpensive virtual experimentation.

In recent years, electrochemical systems such as polymer electrolyte membrane fuel cells, solid oxide fuel cells, water electrolyzers, lithium-ion batteries and supercapacitors have attracted much attention due to their potential for clean energy conversion and as storage devices. This has resulted in tremendous technological progress, such as the development of new electrolytes and new engineering designs of electrode structures. However, these technologies do not yet possess all the necessary characteristics, especially in terms of cost and durability, to compete within the most attractive markets. P

hysical multiscale modeling approaches bridge the gap between materials’ atomistic and structural properties and the macroscopic behavior of a device. They play a crucial role in optimizing the materials and operation in real-life conditions, thereby enabling enhanced cell performance and durability at a reduced cost. This book provides a valuable resource for researchers, engineers and students interested in physical modelling, numerical simulation, electrochemistry and theoretical chemistry.

Front Matter....Pages i-vii
Atomistic Modeling of Electrode Materials for Li-Ion Batteries: From Bulk to Interfaces....Pages 1-36
Multi-scale Simulation Study of Pt-Alloys Degradation for Fuel Cells Applications....Pages 37-59
Molecular Dynamics Simulations of Electrochemical Energy Storage Devices....Pages 61-89
Continuum, Macroscopic Modeling of Polymer-Electrolyte Fuel Cells....Pages 91-149
Mathematical Modeling of Aging of Li-Ion Batteries....Pages 151-190
Fuel Cells and Batteries In Silico Experimentation Through Integrative Multiscale Modeling....Pages 191-233
Cost Modeling and Valuation of Grid-Scale Electrochemical Energy Storage Technologies....Pages 235-249