• effect of particle size distribution
• fast charge
• GITT
• Li-ion solid state diffusion
• Multiparticle
• Parameter estimation COMSOL

Le batterie rappresentano dispositivi fondamentali per la transizione energetica, in grado di accumulare energia elettrochimica e trasformarla in energia elettrica quando necessario, permettendo così il funzionamento dei veicoli elettrici.
Per raggiungere la ricarica veloce delle batterie a litio-ione, è essenziale comprendere e parametrizzare i fenomeni più lenti che si verificano all’interno, come la diffusione allo stato solido del litio intercalato nei materiali attivi. Questa tesi esplora vari modelli di batteria attraverso il software COMSOL Multiphysics per simulare le GITT (Galvanostatic Intermittent Titration Technique), che consistono in prove sperimentali in cui, a seguito di un impulso di corrente, si segue il rilassamento del voltaggio, che contiene informazioni sulla dinamica dei processi interni alla batteria tra cui la diffusione allo stato solido. Attraverso un confronto coi dati sperimentali è possibile stimare la diffusività del materiale attivo in funzione dello stato di litiazione. Successivamente, la diffusività ottenuta viene verificata tramite simulazione di test di ricarica a corrente costante, consentendo l'ulteriore stima delle costanti della cinetica di trasferimento di carica.
Le analisi sono state condotte su una semicella anodica di nanocarbonio disordinato durante le fasi di carica. Si dimostra che il modello Single Particle comunemente usato in letteratura è insufficiente per descrivere il rilassamento durante le GITT poiché considera che tutte le particelle abbiano lo stesso diametro. Per contro, si evidenzia come sia necessario tener conto della distribuzione dimensionale dei diametri delle particelle di materiale attivo, poiché il rilassamento del voltaggio è influenzato principalmente dalle particelle di maggiori dimensioni, permettendo così una stima decisamente più accurata della diffusione allo stato solido. Ciò ha portato allo sviluppo ed alla parametrizzazione con un algoritmo di ottimizzazione di un modello Multi Particle, che è stato ulteriormente raffinato introducendo la dinamica del trasporto nell'elettrolita.
Questi sviluppi garantiscono una parametrizzazione più robusta dei fenomeni limitanti la ricarica veloce di una batteria a litio-ione.