面向稳健生物仿生混合电池：跨越生物学、电化学与数据驱动控制
系统与控制
2025-09-30 v1 系统与控制
摘要
电动汽车和可再生能源系统需要电池能够快速充电、持久使用且仍具备高能量密度，但当前化学体系难以实现上述三者。灵感来自能够释放电流冲击的电鱼以及半脑睡眠的鸟类，我们提出了一种称为 SwiftPulse 的混合电池概念，将提供能量的钠离子电池与接受高功率脉冲的钕氧化物电池相结合。脉冲充电器和电池管理策略轮换电池簇的工作，以便其能够恢复。我们推导了能量密度、扩散和容量衰减的简单模型，表明以主要由钠离子模块构成且比例较小的钕氧化物模块的电池包，理论上可实现 175 Wh/kg 以上的能量密度，超过一万次充放电循环，充电至 80% 用时少于 10 分钟。仿真结果表明，脉冲充电可减少表面离子积聚，减缓衰减。我们概述了电池级和模块级实验的路线图，并建议集成机器学习以适应脉冲参数和休息调度。通过将生物学、电化学和数据驱动控制的思想融合，本工作指向更安全、更快捷充电且更持久的电池技术。
引用
@article{arxiv.2509.23837,
title = {Toward a Robust Biomimetic Hybrid Battery: Bridging Biology, Electrochemistry and Data-Driven Control},
author = {Raheel Ali and Rayid Ali},
journal= {arXiv preprint arXiv:2509.23837},
year = {2025}
}