p O desempenho e a segurança das baterias de íon-lítio (LIB) podem ser atribuídos a complexas microestruturas de eletrodo. A análise de microestrutura no Laboratório Nacional de Energia Renovável (NREL) visa aplicar conhecimento profundo dos eletrodos para prever o desempenho da bateria e identificar a arquitetura de microestrutura ideal para orientar o desenvolvimento do LIB. p A modelagem em escala da microestrutura realizada pelo NREL nos últimos cinco anos culminou no recém-lançado, Caixa de ferramentas de análise de microestrutura de código aberto (MATBOX) dedicada à malha, geração numérica, segmentação, e caracterização de materiais heterogêneos tridimensionais, como os eletrodos da bateria.

p Fluxo de trabalho automatizado e centrado no usuário para análise aprimorada

p "Na análise de microestrutura, geralmente é muito fácil calcular uma propriedade específica. Contudo, pode ser muito mais complicado determinar os fatores que contribuem para a margem de erro desse resultado, "disse François Usseglio-Viretta, pesquisador do NREL e designer-chefe do MATBOX. "Uma análise precisa requer a execução de centenas de cálculos, levando a um fluxo de trabalho complexo e demorado. O MATBOX automatiza esse processo. "

p O MATBOX aproveita a plataforma de computação MATLAB existente para aumentar a compreensão da ligação entre as microestruturas do eletrodo LIB e o desempenho. MATBOX se concentra em fornecer parâmetros de microestrutura e malhas tridimensionais necessárias para a modelagem LIB. Além disso, a ferramenta usa geração numérica tridimensional para análise e otimização do espaço de projeto. Este aplicativo fácil de usar agiliza as tarefas demoradas e complexas relacionadas à análise de microestrutura para outros materiais.

p Um aspecto fundamental do MATBOX é sua complexa interface gráfica do usuário e extensa documentação, permitindo que os usuários aproveitem ao máximo os recursos da caixa de ferramentas. Essa interface garante que a ferramenta seja amigável e relevante em todas as aplicações de análise de materiais. A ferramenta é de código aberto, permitindo que pesquisadores de todos os setores explorem todo o potencial do MATBOX para orientar os experimentos.

p "O lançamento do MATBOX como uma ferramenta de código aberto foi importante para encorajar a colaboração contínua entre a indústria e outros laboratórios, "Usseglio-Viretta disse." Acreditamos que a ferramenta transformará o campo da análise de materiais heterogêneos, pois fornece um multifuncional, amigo do usuário, solução personalizável aplicável a uma grande variedade de materiais. "

p Os primeiros resultados reforçam a pesquisa de modelagem existente

p Com sua capacidade de suportar modelagem eletroquímica em micro e macroescala, MATBOX está rapidamente se tornando uma etapa crítica no fluxo de trabalho de modelagem para o programa de Avaliação de Células de Carga Rápida eXtreme do Departamento de Energia dos Estados Unidos de Baterias de Íon-Lítio (XCEL). Até aqui, O MATBOX permitiu que os pesquisadores do XCEL caracterizassem vários eletrodos fabricados pelo Laboratório Nacional de Argonne em sua Análise Celular, Modelagem, e Instalação de Prototipagem e identifica arquiteturas de eletrodo promissoras adaptadas para aplicações de carga rápida para veículos elétricos.

p Contudo, O impacto do MATBOX supera apenas a pesquisa de eletrodos. Pesquisadores do Centro de Recursos Renováveis ​​e Ciências Habilitáveis ​​do NREL estão usando o MATBOX para comparar as diferenças na porosidade e estrutura dos poros da madeira e do biochar para aumentar a precisão da modelagem de produção de energia renovável para pirólise. Externamente, o University College London, Universidade do Alabama em Huntsville, e Sandia National Laboratories estão usando MATBOX para expandir a pesquisa em tecnologias de bateria, como cátodos de baixo teor de cobalto.