[article]
| Titre : |
CFD model of slot die coating for lithium-ion battery electrodes in 2D and 3D with load balanced dynamic mesh refinement enabled with a local-slip boundary condition in OpenFOAM |
| Type de document : |
texte imprimé |
| Auteurs : |
Alexander Hoffmann, Auteur ; Sandro Spiegel, Auteur ; Thilo Heckmann, Auteur ; Philip Scharfer, Auteur ; Wilhelm Schabel, Auteur |
| Année de publication : |
2023 |
| Article en page(s) : |
p. 3-14 |
| Note générale : |
Bibliogr. |
| Langues : |
Américain (ame) |
| Catégories : |
Accumulateurs lithium-ion
Electrodes
Enduction par filière
Mécanique des fluides numériquesLa mécanique des fluides numérique (MFN), plus souvent désignée par le terme anglais computational fluid dynamics (CFD), consiste à étudier les mouvements d'un fluide, ou leurs effets, par la résolution numérique des équations régissant le fluide. En fonction des approximations choisies, qui sont en général le résultat d'un compromis en termes de besoins de représentation physique par rapport aux ressources de calcul ou de modélisation disponibles, les équations résolues peuvent être les équations d'Euler, les équations de Navier-Stokes, etc.
La CFD a grandi d'une curiosité mathématique pour devenir un outil essentiel dans pratiquement toutes les branches de la dynamique des fluides, de la propulsion aérospatiale aux prédictions météorologiques en passant par le dessin des coques de bateaux. Dans le domaine de la recherche, cette approche est l'objet d'un effort important, car elle permet l'accès à toutes les informations instantanées (vitesse, pression, concentration) pour chaque point du domaine de calcul, pour un coût global généralement modique par rapport aux expériences correspondantes.
Domaines d'application : La CFD est particulièrement employée dans les domaines des transports, pour étudier notamment le comportement aérodynamique des véhicules (automobile, aéronautique, etc) conçus.
La CFD est également utilisée dans le domaine des installations critiques telles que les salles de serveurs. Elle permet de réaliser une représentation 3D de la salle, comprenant toutes les informations relatives aux équipements informatiques, électriques et mécaniques. On obtient une carte graduée des différentes zones de chaleur présentes, ce qui permet de détecter les zones critiques et les points chauds (ou "hot spots").
Revêtements
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| Index. décimale : |
667.9 Revêtements et enduits |
| Résumé : |
Slot die coating is a state-of-the-art process to manufacture lithium-ion battery electrodes with high accuracy and reproducibility, covering a wide range of process conditions and material systems. Common approaches to predict process windows are one-dimensional calculations with a limited expressiveness. A more detailed analysis can be performed using CFD simulations, which are often based on in-house code or closed-source software. In this study, a two-phase CFD model in two and three dimensions was created in OpenFOAM with the intent to provide a method for more detailed investigations of the slot die coating process with open access to source code and files. A custom boundary condition enables the proper description of the wetting behavior in the two-dimensional model. The combination of standard no-slip boundary conditions at the substrate boundary with the volume-of-fluid solution algorithm leads to a method-related air entrainment, which was prevented by allowing local slip at the dynamic wetting line at the upstream meniscus in the two-dimensional model. Additionally, a load-balancing dynamic refinement algorithm was implemented to minimize the computational effort and increase the ease of use of the simulation environment. The simulation was validated by comparing the simulated process limits to experimental observations, showing good agreement. As a result, this model enables detailed analyses regarding the influences of slot die geometries, material properties, and process parameters on the coating stability and wet-film profile. |
| Note de contenu : |
- EXPERIMENTAL MATERIALS AND METHODS : Material properties - Numerical methods
- RESULTS AND DISCUSSION : 2D-model
- Table 1 : Dry composition of the anode slurry used in this study
- Table 2 : Patch names and assigned boundary conditions for the two-dimensional numerical simulations
- Table 3 : Patch names and assigned boundary conditions for the three-dimensional numerical simulations
- Table 4 : Computational effort for different mesh resolutions and refinement methods |
| DOI : |
https://doi.org/10.1007/s11998-022-00660-8 |
| En ligne : |
https://link.springer.com/content/pdf/10.1007/s11998-022-00660-8.pdf?pdf=button |
| Format de la ressource électronique : |
Pdf |
| Permalink : |
https://e-campus.itech.fr/pmb/opac_css/index.php?lvl=notice_display&id=38777 |
in JOURNAL OF COATINGS TECHNOLOGY AND RESEARCH > Vol. 20, N° 1 (01/2023) . - p. 3-14
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