Numerical Modelling of Discharging the Lithium-Sulphur Batteries in Ansys Fluent

Modelización numérica de la descarga de baterías de litio-azufre en Ansys Fluent

Las baterías de litio-azufre parecen ser una tecnología apasionante para el almacenamiento de energía debido a sus numerosas propiedades ventajosas. Debido a su bajo peso y alto valor energético, esta tecnología podría utilizarse en la aviación, la industria aeroespacial o en vehículos eléctricos pesados o incluso para aplicaciones móviles. Este artículo investiga posibles enfoques para la modelización de baterías de litio-azufre. Se presenta un nuevo método que utiliza el módulo adicional de baterías Multi-Scale Multi-Domain de Ansys Fluent, diseñado originalmente para baterías de iones de litio. Las características de la batería se describen mediante un modelo de circuito equivalente, que puede capturar sus complejas características. Los resultados sugieren que el modelo incorporado de Ansys Fluent puede ampliarse con éxito para el modelado 3D de baterías de litio-azufre. El punto crítico de la simulación es la definición precisa de los parámetros del modelo de circuito equivalente.

1. INTRODUCCIÓN

La fiabilidad de la fuente de energía es un factor muy importante para cualquier aplicación militar. Los combustibles fósiles utilizados actualmente en el ámbito militar llevan aparejados unos costes elevados, ya que también hay que tener en cuenta su transporte a lugares remotos. Además, supone una vulnerabilidad considerable para el sector logístico.

Para garantizar una fuente de energía segura, las bases militares de todo el mundo están desarrollando sistemas estacionarios de almacenamiento en baterías acoplados a fuentes de energía renovables como la eólica o la solar. Estos sistemas pueden proporcionar energía inmediata, flexible y limpia en caso de interrupción energética o logística [1].

Además, la creciente introducción de vehículos eléctricos también está recibiendo cada vez más atención en el ámbito militar, sobre todo por su mayor ahorro de combustible y sus menores emisiones contaminantes. Los motores eléctricos también pueden incorporarse directamente a las ruedas, lo que puede aumentar la aceleración y la maniobrabilidad. Estos vehículos también pueden actuar como un generador de energía móvil capaz de producir una cantidad significativa de electricidad. Desgraciadamente, la introducción generalizada de estos sistemas se ve inhibida por la tecnología de las actuales baterías de iones de litio, ya que suelen tener parámetros insuficientes, como una baja densidad energética, un gran peso o largos tiempos de carga [2].

Las pilas de litio-azufre (Li-S) tienen grandes bazas para convertirse en una destacada tecnología de almacenamiento de energía de próxima generación. Su ventaja radica en su importante densidad energética teórica (2.600 W-h-kg^-1) y capacidad (1.675 mA-h-g^-1).