Creating a Digital Bimodal Cathode

Das GeoDict-Tutorial zur Erstellung einer bimodalen Kathode bietet einen praxisnahen Einstieg in die digitale Modellierung von Batterieelektroden für anschließende Degradationssimulationen. Anhand der in GeoDict 2023 eingeführten GeoApp „Bimodal Cathode“ wird erläutert, wie eine digitale bimodale Kathode anhand von Parametern aus der Batterieproduktion erstellt werden kann.

Im Fokus stehen die für spätere Degradationssimulationen mit BatteryDict relevanten Einstellungen und Materialparameter. Gezeigt wird, wie zwei unterschiedliche Partikelgrößenverteilungen für das aktive Kathodenmaterial NMC333 definiert und wie die zugehörigen D10, D50 und D90 Werte in eine Durchmesserverteilung bestimmen. Darüber hinaus erläutert das Tutorial die Festlegung des Verhältnisses der Partikeltypen, die Bedeutung der Dichtewerte sowie die Auswahl geeigneter Materialien für Elektrolyt und Bindemittel. Es wird demonstriert, wie Porosität und Flächenkapazität innerhalb vorgegebener Toleranzen gezielt eingestellt werden können. Abschließend wird die erzeugte bimodale Kathodenstruktur im Result Viewer analysiert, wobei unter anderem Spannungen und Porosität ausgewertet und die NMC-Partikel sowie das Bindemittel in der 3D-Struktur visualisiert werden. Das Tutorial richtet sich insbesondere an GeoDict-Anwender, die bimodale Elektroden digital erzeugen und für weiterführende Batteriesimulationen vorbereiten möchten.

• Erstellung einer bimodalen Kathode: Nutzung der GeoApp „Bimodal Cathode“ zur digitalen Generierung einer bimodalen Elektrodenstruktur, Definition geeigneter Domain-Einstellungen für nachfolgende Simulationen.
• Partikelgrößenverteilung und aktive Materialien: Definition zweier NMC333-Partikelpopulationen mit unterschiedlichen Partikelgrößenverteilungen, Verständnis und Anwendung der D-Werte, Festlegung des Verhältnisses zwischen den beiden Partikeltypen.
• Material- und Struktureigenschaften: Definition der Materialdichten, Auswahl der Materialien für Elektrolyt und Bindemittel, Einstellung der für die Kathodenstruktur relevanten Materialparameter.
• Zielwerte und Generierungskriterien: Festlegung von Zielwerten für Porosität und Flächenkapazizät, Definition geeigneter Toleranzbereiche, Verwendung von Zufallsstartwerten und Festlegung von Abbruchkriterien für die Strukturgenerierung.
• Auswertung und Vorbereitung für Batteriesimulationen: Analyse der generierten Kathode im Result Viewer, Überprüfung der erreichten Strukturparameter und 3D-Visualisierung von NMC-Partikeln und Bindemittel sowie Vorbereitung der Struktur für weiterführende Degradationssimulationen mit BatteryDict.
• Praktische Anwendung des Workflows in GeoDict zur Erstellung realistischer bimodaler Kathodenstrukturen für Batteriesimulationen.