Mechanistic modeling for semi-solid redox flow batteries - TEL - Thèses en ligne Accéder directement au contenu
Thèse Année : 2020

Mechanistic modeling for semi-solid redox flow batteries

Modélisation mécanistique pour les batteries à circulation de type semi-solide

Résumé

This thesis is based on a recently developed energy storage device called the semi-solid redox flow battery (SSRFB) which represents a technological crossover between two already commercialized systems, namely, lithium ion batteries (LIBs) and redox flow batteries (RFBs). The SSRFB has particle suspensions as electrodes which can be stored outside the discharging battery unit, in tanks, for large scale energy applications. The challenges that plague the SSRFBs are identified in this work and are assigned to the many-body problem where many phenomena compete with one another, across scales leading to a high degree of complexity, thus making experimental results non-intuitive. This work explores the applicability of mechanistic models to handle this type of complexity. The model is an on-lattice, three dimensional, agent based model with a kinetic Monte Carlo engine. Since such models are challenging to validate, the use of a global parameter sensitivity analysis (PSA) is proposed. It is demonstrated that using PSA over large amounts of simulated results can provide trends that help identify emergent mesoscopic metrics to rationalize the complexity of SSRFBs; such insights are not apparent from either experiments or traditional models. The perspectives and tools developed herein can provide a more rigorous framework for other types of electrochemical systems that lie at intersections of disciplines.
Cette thèse est basée sur un dispositif de stockage d'énergie développé récemment, appelé la batterie à circulation de type semi-solide (BCSS), qui représente un croisement technologique entre deux systèmes déjà commercialisés, la batterie lithium-ion et la batterie à circulation. La BCSS possède des particules en suspension comme électrodes qui peuvent être stockées à l'extérieur de la batterie à décharge, dans des réservoirs pour des applications énergétiques à grande échelle. Les défis auxquels sont confrontés les BCSS sont identifiés dans cette thèse. Ils sont attribués au système multicorps dans lequel se produisent de nombreux phénomènes à différentes échelles, ce qui rend les résultats expérimentaux non intuitifs. Ce travail explore l'applicabilité d'un modèle mécaniste pour gérer ce type de complexité. Le modèle est basé sur l’agent en trois dimensions avec un moteur Monte Carlo cinétique. Comme il est difficile de valider ce type de modèle, il est proposé d’utiliser une analyse de sensibilité globale. Il a été démontré que l'utilisation sur de grandes quantités de résultats simulés peut fournir des tendances qui permettent d'identifier les métriques mésoscopiques et émergentes afin de rationaliser la complexité des BCSS. De telles idées ne ressortent ni des expériences ni des modèles traditionnels. Les perspectives et les outils développés ici peuvent fournir un cadre plus rigoureux pour d'autres types de systèmes électrochimiques situés à l'intersection de disciplines
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Origine : Version validée par le jury (STAR)

Dates et versions

tel-03632765 , version 1 (06-04-2022)

Identifiants

  • HAL Id : tel-03632765 , version 1

Citer

Garima Shukla. Mechanistic modeling for semi-solid redox flow batteries. Other. Université de Picardie Jules Verne, 2020. English. ⟨NNT : 2020AMIE0058⟩. ⟨tel-03632765⟩
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