Zusammen mit unseren Partnern aus der MaDE-Gruppe der ETH Zürich konnte Math2Market die Beta-Version des ehemaligen DegraDict entwickeln und validieren. Nach der Fertigstellung wurde DegraDict in das BatteryDict-Modul in GeoDict als "BatteryDict Degradation" integriert.

Dieses Add-on für das BatteryDict-Modul steht im GeoDict 2023 Release zur Verfügung. Die wissenschaftliche Validierung erfolgt derzeit in Form einer gemeinsamen Veröffentlichung im Journal of the Electrochemical Society [1].

Abb. 1 Durch die automatisierte Kopplung der elektrochemischen mit der mechanischen Simulation kann mit BatteryDict-Degradation das mechanische Verhalten einer Batterie während des Zyklierens auf der Mikroskala simuliert und verbessert werden. Angelehnt an [1].

Durch die automatische Kopplung der elektrochemischen Simulation (BatteryDict, BatteryLIR) mit der mechanischen Simulation (ElastoDict-LD, FeelMath) wird BatteryDict-Degradation unseren Kunden ab November 2022 mit der Version GeoDict 2023 ermöglichen, die volumetrischen Veränderungen und die damit verbundenen mechanischen Belastungen während des Zyklus einer Batterie zu simulieren. Auf diese Weise kann die Leistung und das Alterungsverhalten der Batterie auf der Mikroskala analysiert und Lösungen für ihre Verbesserung gefunden werde. 

Abb. 2 Mechanischer Stress in einem repräsentativen Volumen einer Batteriezelle simuliert mit BatteryDict-Degradation. Für die Validierung wurden für das Graphit in der Anode sowie für NMC in der Kathode zwei unterschiedliche Materialparameter für den lokalen Ausdehnungskoeffizienten getestet: Parameter bestimmt aus XTM Messungen (a-c) und Materialparameter bestimmt aus XRD Messungen. Angelehnt an [1].

In der Zukunft hat Math2Market noch Großes vor: Neben Schadensmodellen und Rissbildung für das Aktivmaterial werden wir auch elektrochemische Alterungseffekte implementieren, wie z.B. SEI-Bildung und Li-Plating. Unsere Vision ist es, GeoDict mit BatteryDict-Degradation zur kompletten Simulationsplattform für das digitale Testen und Designen von Batterien auf der Mikroskala zu entwickeln.

Wir bedanken uns bei Nils Wenzler, Dr. Raphael Zahn und Prof. Vanessa Wood von der MaDE Gruppe sowie dem ganzen MaDE-Team für die hervorragende Zusammenarbeit. Wir freuen uns auf viele weitere spannende Projekte in der Zukunft!

[1] Nils Wenzler, Sebastian Rief, Sven Linden, Fabian Biebl, Samuel Rütsche, Ilona Glatt, Anja Streit, Raphael Zahn, Mathias Fingerle, Vanessa Wood, 3D electrochemical-mechanical battery simulation tool: implementation with full cell simulations and verification with operando x-ray tomography, submitted to JECS.