Mô hình hoá, mô phỏng Pin Lithium sử dụng điện cực âm bằng chất liệu Silic
Email tác giả liên hệ:
duongva@hcmute.edu.vnDOI:
https://doi.org/10.54644/jte.2026.2128Từ khóa:
Pin lithium-ion, Cực âm silic, Mô phỏng Matlab/Simulink, Quá trình sạc CC-CV, Mô hình nhiệt-điện hóaTóm tắt
Pin lithium-ion sử dụng cực âm silic có khả năng lưu trữ ion lithium cao gấp nhiều lần so với graphite, giúp tăng dung lượng và mật độ năng lượng. Tuy nhiên, vật liệu này dễ bị giãn nở thể tích khi sạc/xả, ảnh hưởng đến độ bền và hiệu suất. Mô hình mô phỏng được xây dựng trên MATLAB/Simulink, bao gồm các khối tính toán điện, nhiệt và trạng thái sạc (SOC), cho phép đánh giá chi tiết quá trình sạc CC-CV (Chế độ dòng không đổi – Chế độ điện áp không đổi) và xả với nhiều tốc độ theo dung lượng (C-rate: 1C, 3C, 5C). Kết quả cho thấy điện áp, nhiệt độ và tốc độ thay đổi SOC phụ thuộc mạnh vào vật liệu cực âm và dòng tải. Cực âm silic tạo ra nhiệt cao hơn và thay đổi điện áp rõ rệt hơn so với graphite. Một số giải pháp cải tiến như phủ bề mặt, thiết kế cấu trúc rỗng hoặc kết hợp với cacbon giúp giảm giãn nở và tăng độ ổn định. Mô phỏng cung cấp dữ liệu trực quan hỗ trợ lựa chọn vật liệu và thiết kế pin phù hợp với yêu cầu thực tế.
Tải xuống: 0
Tài liệu tham khảo
N. T. Ngọc, B. X. Thành, N. V. Hoàng, N. T. Lan, and D. T. Tùng, “Chế tạo vật liệu tổ hợp than chì/nano silic/nano cacbon cho điện cực anode trong pin Lithium-ion,” TNU Journal of Science and Technology, 2023, doi: 10.34238/tnu-jst.5428. DOI: https://doi.org/10.34238/tnu-jst.5428
V. T. Phát et al., “Chế tạo pin sạc Li-ion từ vỏ trấu,” Vietnam Science and Technology Information Agency Journal, 2023.
N. Đ. Nhân, P. T. Nhung, P. T. T. Trang, N. T. Lan, N. V. Thắng, and V. Viễn, “Synthesis of g-C3N4-based layered silicon as anode material for Lithium-ion batteries,” HUST–VAST Technical Report, 2022.
Đ. T. Hương et al., “Nghiên cứu, chế tạo vật liệu anode nanocarbon composite từ nguồn than đá Việt Nam định hướng ứng dụng cho pin Li-ion,” Vietnam Academy of Science and Technology Technical Report, 2024.
J. B. Goodenough and K. S. Park, “The Li-ion rechargeable battery: A perspective,” J. Am. Chem. Soc., vol. 135, no. 4, pp. 1167–1176, Feb. 2013, doi: 10.1021/ja3091438. DOI: https://doi.org/10.1021/ja3091438
D. A. Stevens, M. Y. Huang, and P. N. Ross, “Electrochemical impedance spectroscopy study on Lithium-ion battery electrodes,” Electrochim. Acta, vol. 49, no. 10, pp. 1679–1689, May 2004, doi: 10.1016/j.electacta.2003.09.041. DOI: https://doi.org/10.1016/j.electacta.2003.09.041
E. Quiroga-González and M. Holzapfel, “Fast charging protocols and degradation of silicon nanowire electrodes,” J. Power Sources, vol. 241, pp. 477–486, Oct. 2013, doi: 10.1016/j.jpowsour.2013.03.094. DOI: https://doi.org/10.1016/j.jpowsour.2013.03.094
S. Tepavcevic et al., “Nanostructured silicon anodes for Lithium-ion batteries: A review,” Adv. Energy Mater., vol. 6, no. 15, Art. no. 1600917, Aug. 2016, doi: 10.1002/aenm.201600917. DOI: https://doi.org/10.1002/aenm.201600917
X. Liao and M. Zhang, “Layered silicon electrodes for high-performance Li-ion batteries,” Nano Energy, vol. 49, pp. 202–212, Jul. 2018, doi: 10.1016/j.nanoen.2018.04.027. DOI: https://doi.org/10.1016/j.nanoen.2018.04.027
Y. Zhang and L. Wei, “Flexible Si/C composites for long-life Lithium batteries,” J. Mater. Chem. A, vol. 11, no. 7, pp. 3654–3664, Feb. 2023, doi: 10.1039/D2TA09512B.
A. R. Raza and H. Patel, “Design and analysis of Si@void@C nanocomposite for high-performance anodes in Lithium-ion batteries,” Nano Energy, vol. 87, Art. no. 106225, Mar. 2024, doi: 10.1016/j.nanoen.2023.106225.
A. K. Sinha and R. Jain, Battery Modeling Techniques in MATLAB/Simulink. Amsterdam, The Netherlands: Elsevier, 2001.
C. Zhao, M. Huang, and J. Wu, “Comparative study on Si and graphite anodes in Li-ion cells at different C-rates,” Mater. Today Energy, vol. 25, Art. no. 100964, Dec. 2022, doi: 10.1016/j.mtener.2022.100964. DOI: https://doi.org/10.1016/j.mtener.2022.100964
S. Choi and K. Lee, “Integrated thermal–electrical modeling of Si-anode Lithium-ion batteries under high C-rates using MATLAB/Simulink,” J. Power Sources, vol. 574, Art. no. 233756, Jan. 2024, doi: 10.1016/j.jpowsour.2023.233756. DOI: https://doi.org/10.1016/j.jpowsour.2023.233756
L. Liu, D. Kim, and S. Tanaka, “Mechanics-informed P2D modeling for silicon electrodes in Lithium-ion batteries,” Electrochim. Acta, vol. 457, Art. no. 143279, Mar. 2023, doi: 10.1016/j.electacta.2023.143279. DOI: https://doi.org/10.1016/j.electacta.2023.143279
J. Martinez and J. Zamora, “MATLAB modeling of equivalent circuit models for Lithium batteries,” Energy Reports, vol. 4, pp. 351–359, Nov. 2018, doi: 10.1016/j.egyr.2018.10.001. DOI: https://doi.org/10.1016/j.egyr.2018.10.001
M. Doyle, T. F. Fuller, and J. Newman, “Modeling of galvanostatic charge and discharge of the Lithium/polymer/insertion cell,” J. Electrochem. Soc., vol. 140, no. 6, pp. 1526–1533, Jun. 1993, doi: 10.1149/1.2221597. DOI: https://doi.org/10.1149/1.2221597
J. H. Kim, S. Park, and D. Kim, “Advanced thermal integration in Lithium-ion batteries for electric vehicles,” Appl. Energy, vol. 330, Art. no. 120980, Apr. 2024, doi: 10.1016/j.apenergy.2023.120980. DOI: https://doi.org/10.1016/j.apenergy.2023.120980
K. S. Ng, C. S. Moo, Y. P. Chen, and Y. C. Hsieh, “Enhanced coulomb counting method for estimating state-of-charge and state-of-health of lithium-ion batteries,” Applied Energy, vol. 86, no. 9, pp. 1506–1511, Sep. 2009, doi: 10.1016/j.apenergy.2008.11.021. DOI: https://doi.org/10.1016/j.apenergy.2008.11.021
Tải xuống
Đã Xuất bản
Cách trích dẫn
Giấy phép
Bản quyền (c) 2026 Tạp chí Khoa học Giáo dục Kỹ Thuật
Tác phẩm này được cấp phép theo Giấy phép quốc tế Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDeri Phái sinh 4.0 .
Bản quyền thuộc về JTE.
