二维CA-FD枝晶模型

枝晶生长模拟提速

用元胞自动机替代相场法，高效模拟锂枝晶形貌演化，无需耦合求解偏微分方程组。

Yi, Dang · Dai, Jindong · Hongyu, Du · Ai, Jiali · 翟持 · 孙巍

Journal of Energy Storage 2024

技术优势

无需求解耦合偏微分方程

模型由CA处理界面演化、FD求解浓度和电势分布，无需像相场法那样耦合求解偏微分方程组，从而提升计算效率。

邻居算法更适配枝晶尖端

验证了DSCA邻居配置比Neumann邻居和Moore邻居更有利于模拟锂枝晶尖端的择优生长，提高形貌模拟真实性。

能揭示工况对枝晶的影响

基于该模型可研究不同工况对锂枝晶生长的影响，模拟结果表明界面过电位或交换电流密度增大会加速枝晶生长，且高过电位下生成更多侧枝。

应用场景

• 锂金属电池：预测不同工况下锂枝晶生长形貌，辅助优化负极结构与充电制度，提升电池安全性。
• 电池安全设计：通过模拟揭示过电位与交换电流密度对枝晶的影响，为抑制枝晶的低倍率充电策略提供理论依据。
• 电化学仿真：提供比相场法计算成本更低的界面演化模拟工具，适用于大规模参数扫描与快速迭代设计。