面向下一代储能的多尺度活性材料电化学-力学建模：机遇与挑战

近期的地缘政治危机导致天然气价格飙升。尽管锂离子电池代表了现有最佳的可充电电池技术，但 LIB 与汽油/ petrol 之间仍存在显著的能量与功率密度差距。电池电极由活性材料颗粒、导电碳和粘结剂添加剂混合并涂覆于集流体上构成。尽管这一基本设计已沿用数十年，活性材料颗粒的理想尺寸尺度仍存在争议。传统上，电池中使用微米颗粒。纳米技术的进步激发了将纳米颗粒用作活性材料的兴趣。然而，尽管在纳米方面付出了诸多努力，工业界仍主要使用“旧”的微颗粒。最重要的是，电池行业不太可能以纳米级类似物替代微结构。这提出了一个重要问题：由于不可替换的微结构，纳米结构在电池设计中是否有一席之地？前进方向在于多尺度活性材料——具有内置纳米特征（如由纳米级构筑基元组装而成的微颗粒，或经工程化或天然纳米孔图案化的微颗粒）的微尺度结构。尽管在开发此类材料的实验方面已取得进展，该领域的计算进展仍然有限，在某些情况下可忽略不计。然而，该领域具有巨大的计算潜力，呈现出众多机遇。本展望强调了多尺度活性材料建模中的现有差距，并描绘了电化学-力学建模领域的各类开放挑战。借此，旨在激发该领域的计算研究，并促进计算与实验研究者之间的协同合作。