[发明专利]一种液态金属电池仿真模型的构建方法

权利要求书

1.一种液态金属电池仿真模型的构建方法，其特征在于，所述液态金属电池仿真模型包含电化学与物质传递物理场、流体力学物理场、流体传热物理场和电磁场；构建所述液态金属电池仿真模型用于表示液态金属电池放电过程；

所述电化学与物质传递物理场中，液态金属电池的熔盐电解质中的离子运动和形成的电流为：

j_l＝F∑z_iN_i

M_i＝N_i+uc_i

其中，c_i，z_i，D_i，μ_m,i分别为熔盐电解质中离子i的浓度、荷电数、扩散系数和离子迁移率，N_i为熔盐电解质中离子i在扩散和电迁移的作用下形成的通量，M_i为熔盐电解质中离子i在扩散、电迁移和对流的共同作用下的总通量，j_l为熔盐电解质中的电流密度，u，t，F，φ_l分别为流速、时间、法拉第常数和熔盐电解质中的电势，表示梯度算符。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述电化学与物质传递物理场中液态金属电池的电极/熔盐电解质界面处的电极动力学过程用如下方程表示：

η＝φ_s-φ_l-E_eq

其中，η，φ_s，E_eq分别表示电化学极化过电位、界面处的电极电位和平衡电位，j_loc，j₀分别表示界面处的局部电流密度和交换电流密度，α_a，α_c分别表示阳极传递系数和阴极传递系数，R，T分别表示气体常数与绝对温度。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述电化学与物质传递物理场中液态金属电池的电极物质传递过程用如下方程表示：

其中，M′_i，D′_i和c′_i分别表示电极中物质的通量、扩散系数和浓度。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述流体力学物理场用如下方程表示：

K＝-pI+K_τ

其中，μ为动力粘度，I为三阶单位矩阵，p为压强，K_τ为与粘性应力相关的张量，K是与压强和粘性应力相关的张量，g是重力加速度，B是磁感应强度，σ是电导率，J是电流密度，ρ是流体密度。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，在两液相界面处，流体流动和界面的变化与界面的表面张力相关，用如下方程表示：

式中，K₁，K₂分别表示熔盐电解质和电极金属的应力张量，n₁表示由熔盐电解质指向电极金属的单位法向，γ表示表面张力，表示两液相界面空间上的梯度算符。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述流体传热物理场用如下方程表示：

其中，c_p是热容，k是热导率，q是传导热通量，Q是焦耳热源，ρ是流体密度，T是绝对温度。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述电磁场用如下方程表示：

J＝j_l+σE_in

其中，H，E_in分别表示磁场强度和感生电场，J是电流密度，B是磁感应强度，σ是电导率，t是时间。

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述液态金属电池的体系为A||E||B，A表示最上层的负极金属，所述负极金属浸润在多孔泡沫镍中，B表示最下层的正极金属，E表示介于两者之间的熔盐电解质。