二次空气电池中锌电极形状变化：一种二维建模方法

锌空气电池提供较大的比能量密度，同时依赖于丰富且无毒的材料。本文给出了锌空气电池的首次多维模拟。我们改进了现有的基于理论的二次锌空气系统模型。该模型包含碱电解液中的热力学一致多物种输运、金属锌与钝化氧化锌的生成与溶解，以及气体扩散电极中的多相共存。我们首次通过模拟锌固体的对流来仿真电池循环过程中的锌形状变化。我们利用商用扣式电池的原位断层扫描验证了模型。放电过程中电池电压与锌电极形貌的二维体积平均模拟与这些测量一致。因此，我们可以研究电解液碳化如何限制搁置寿命，以及锌形状变化如何限制循环寿命。发现充电电流是循环寿命限制的主要因素。最后，我们优化了初始阳极结构与充放电协议，以改善性能与循环能力。