Matematisk og numerisk modellering av batteri (ENE210)
Emnet gir en introduksjon til anvendelse av partielle differensialligninger (PDEs) for å modellere transportprosesser som er involvert i et prototype batteri med spesielt fokus på litium ion batteri. De underliggende fysiske /kjemiske lover som beskriver utvekslingen av lithium mellom elektroder og elektrolytt ved lading/utlading blir gjennomgått. Numerisk diskretisering av det resulterende systemet av PDEs blir utforsket etter å ha introdusert grunnleggende prinsipp for å diskretisere PDEs ved hjelp av en numerisk metode. Numerisk simulering av modellen kan illustrere dynamikken til lithium konsentrasjonen når den endrer seg ved lading/utlading og predikere tilhørende spenningskurver.
Dette er emnebeskrivelsen for studieåret 2024-2025. Merk at det kan komme endringer.
Emnekode
ENE210
Versjon
1
Vekting (stp)
5
Semester undervisningsstart
Høst
Antall semestre
1
Vurderingssemester
Høst
Undervisningsspråk
Norsk
Innhold
NB! Dette er et valgemne og dersom det er færre enn 10 studenter oppmeldt pr. 20. august, kan dette medføre at emnet ikke tilbys.
- Fundamentale matematiske ligninger i form av partielle differensial ligninger (PDEs) for å studere transport av litium mellom elektroder via elektrolytt
- Implementering av passende numerisk metode for å løse det aktuelle systemet av PDEs
- Innsikt og erfaring med teknikker for å løse grunnleggende PDEs (transport/diffusjon)
- Bruke numerisk simuleringsmodell til å utforske hvordan batteriets oppførsel er følsom for ulike parametere
Læringsutbytte
Kunnskap:
Studenten vil få en forståelse av følgende begrep som er involvert i en matematisk beskrivelse av et batteri:
1) matematiske ligninger som brukes til å beskrive diffusion transport knyttet til litium i elektroder og i elektrolytt
2) elektron ladningsbalanse i elektrode og elektrolytt, litium massebalanse i elektrode og elektrolytt og elektro-kjemisk kinetikk via Butler-Volmer ligning
3) generell forståelse for numeriske metoder for å løse PDE modeller
4) Innsikt i sammenheng mellom matematiske modeller for transport prosesser og batteri kapasitet
5) Praktisk erfaring med koding gjennom oppgaver og prosjektarbeid.
Studenten vil være i stand til
1) forstå hvordan et batteri opererer ved lading/utlading sett gjennom matematiske ligninger som er basert på fysiske lover og elektrokjemiske ligninger
2) være i stand til å bruke modellen til å si noe om hvordan ulike parametere påvirker batteriet
3) kjenne prinsipp for hvordan man kan løse PDE ved numerisk metode og utvikle kode i matlab/python, beregne og visualisere numeriske løsninger
4) ha et utgangspunkt for å utvikle nye modeller tilpasset mer spesifikke batterisystem
Forkunnskapskrav
Anbefalte forkunnskaper
Eksamen / vurdering
| Vurderingsform | Vekting | Varighet | Karakter | Hjelpemiddel |
|---|---|---|---|---|
| Muntlig eksamen | 1/1 | 30 Minutter | Bokstavkarakterer | Ingen hjelpemidler tillatt |
Muntlig eksamen avholdes individuelt.