基于 cPINNs 与 PDFP 优化的多组分碳酸钠生成化学计量建模、存在性、稳定性及最优控制
研究采用 cPINNs 结合 PDFP 优化,对多组分碳酸钠生成过程开展化学计量建模,并分析其存在性、稳定性与最优控制。成果发表于 Chemical Engineering Science 第 339 卷 Part A,作者为 Muhammad Asif 等。
研究采用 cPINNs 结合 PDFP 优化,对多组分碳酸钠生成过程开展化学计量建模,并分析其存在性、稳定性与最优控制。成果发表于 Chemical Engineering Science 第 339 卷 Part A,作者为 Muhammad Asif 等。
研究提出一种多模态深度学习框架,用于物理引导的异常检测与时间序列预测,作者为 Robson W.S. Pessoa、Julien Amblard、Alessandra Russo 和 Idelfonso B.R. Nogueira,成果发表于 Chemical Engineering Science 第 339 卷 Part B。
Jue Chen、Heinrich Ditler、Gereon Stahl、Christiane Rahe、Weihan Li 在 eTransportation 第 29 卷发表研究,对多种运行工况下的析锂与剥离过程进行高保真建模,以揭示其隐藏动态。论文发表于 2026 年 9 月,目前仅见摘要信息。
推荐理由:针对析锂与剥离过程建立高保真模型并覆盖多种工况,可为快充边界与析锂判据研究提供建模参考。
Yajie Liu 等人提出结合物理建模与智能优化的方法,用于实现高能量锂离子电池的快充。该研究发表于 eTransportation 第 29 卷,作者包括 Yu Wang、Fuyuan Liang 和 Xing Zhou,摘要未提供具体模型、优化算法与实验数据。
推荐理由:面向高能量锂离子电池快充,将物理建模与智能优化结合,为充电策略设计提供可迁移的方法框架。
Longxing Wu 等人在 Journal of Energy Chemistry 第 124 卷提出双流物理信息神经网络-迁移学习框架,用于少样本数据场景下的电池 SOC 鲁棒估计。该工作将物理信息神经网络与迁移学习结合,以应对训练数据不足时的估计精度问题。论文发表于 2027 年 1 月。
推荐理由:针对少样本工况下 SOC 估计精度下降的问题,该框架把物理信息神经网络与迁移学习结合,可供做小样本估计的研究者参考其双流结构设计。
该研究提出一种基于电化学-热-老化耦合模型的在线快充策略,用于抑制析锂。原文仅提供标题,未给出模型细节、验证工况与实验数据。
发表于 Computers & Chemical Engineering 的研究提出用 Physics-Informed Neural Networks(PINN)估计过程系统中的未知动态,作者为 Farshad Moayedi、Aswin Chandrasekar 与 Prashant Mhaskar。该文将发表于 Volume 216,出版日期为 2027 年 1 月。
Journal of Energy Storage 第 182 卷 Part D 刊出 Lijin Guo、Yuhang Li、Wanting Zhang 的研究,提出一种物理引导 Transformer,用于真实电动汽车场景下的 SOH 鲁棒估计。该文发表于 2026 年 12 月 30 日,目前仅提供摘要信息。
推荐理由:面向真实电动汽车工况的 SOH 估计,物理引导与 Transformer 结合,可关注其在实车数据上的鲁棒性设计。
一项发表于 Nature Communications 的研究利用物理感知 AI 生成超出既有数据分布的高保真微结构,得到双峰晶粒结构,从而同时提升强度与塑性。
研究采用 ReaxFF MD 与 DFT,揭示 LiFePO₄ 电池热失控中 SEI、聚烯烃隔膜与电解液的原子尺度耦合失效机制。多组分 SEI 模型中组分丰度决定其热稳定性,氧化铝涂层聚乙烯隔膜通过空间锚定保持结构完整;耦合 SEI-电解液-隔膜模型进一步显示,SEI 与隔膜失稳会协同加速电解液降解。
该研究提出一种物理与AI混合框架,将LLM作为高层行为推理层嵌入物理驱动的监督架构,通过解读文本用户意图与结构化电池反馈生成有界行为参数,塑造放电电流包络,再由物理安全滤波器强制约束后计算可行车速建议。基于Lyapunov的分析证明了在电池模型与提示不准确情况下推荐误差有界,仿真结果显示该架构可实现自适应、用户感知的运行且不牺牲物理安全。
作者提出基于单粒子模型加电解液动力学(SPMe)的代理加速反演框架,前向映射用其 Artiphy 代理框架快速可微地计算电压与部分内部状态。去除结构冗余后,反演非冗余的传输、动力学与容量参数组,包括浓度相关的固相与电解液扩散系数。
推荐理由:该工作用 Artiphy 代理加速 SPMe 参数反演,并以 DFN 合成数据给出已知参考参数下的误差与可辨识性分析,可供做参数辨识的研究者参考其框架与敏感性结论。
研究用有限元模拟与渐近分析表明,离子嵌入型电池的 OCV 不仅由电极材料化学决定,还受力学状态与微观结构影响。颗粒膨胀和外部载荷促使颗粒间接触产生压应力,改变嵌入离子的化学势,OCV 修正呈非线性并遵循 Hertzian 接触标度,且依赖颗粒排布。相同材料在不同电极微观结构下可表现出不同 OCV 曲线;在全电池中电极通过共同堆叠应力力学耦合,因此电芯 OCV 是整个电池架构的化学-力学属性。
推荐理由:原文用有限元与渐近分析说明颗粒膨胀和外部载荷会通过接触应力改变嵌入离子化学势,OCV 修正呈非线性并随颗粒排布变化。
计算研究显示,立方反钙钛矿 Li₃BA(A = O、S、Se、Te、Po;B = F、Cl、Br、I)经阴离子互换可得 Li₃AB 衍生物,八面体内较小阴离子使结构更稳定。
作者推导了一个降阶的电化学-力学耦合模型,把锂化膨胀在活性颗粒、非活性基体、电极和电芯堆叠中产生的应力纳入考虑。模型将电极视为嵌入均匀化弹性非活性基体中的球形活性颗粒周期阵列,利用非活性基体刚度远小于活性材料以及颗粒、电极与电芯之间的尺度分离,得到对活性颗粒化学势和过电位的有效力学修正,该修正取决于颗粒膨胀、电极尺度应变以及夹持或外加压力等宏观边界条件。
推荐理由:该工作把颗粒、电极与电芯堆叠的多尺度力学耦合降阶为对化学势和过电位的修正项,可直接嵌入 DFN、SPMe 与 SPM 框架。
研究结合 HEXRD、EPSR 与基于 MACE 机器学习势的 MD 模拟,确定了熔融 FeCl2 和 FeCl3 的结构。模拟复现了实验结构因子与径向分布函数,揭示 FeCl3 熔化时 Fe 由八面体配位转为四面体配位,FeCl2 中亦存在类似转变。链统计表明两种熔体主要以含六个及以上 Fe 中心的延伸链存在,而非离散 Fe2Cl6 单元。
研究通过对比全耦合电化学-力学模型与采用均匀通量假设的单颗粒化学-力学模型,分离出裂纹内电解液浸润的作用。耦合模型预测界面反应速率空间分布强烈不均,裂纹尖端通量约为施加均匀通量的8倍,反应重分布主要受局部固相锂浓度与应力变化控制,裂纹内电解液电位梯度在所述条件下为次要因素。
推荐理由:通过耦合与单颗粒模型的对照,量化裂纹内电解液浸润对反应分布、容量与应力的影响,为颗粒断裂建模提供可迁移的对照方法。
作者建立物理模型描述硅碳复合负极锂电池在多种循环协议和存储条件下的衰减,并区分 SEI 生长等基础机制与颗粒开裂、裂纹处 SEI 生长、活性材料损失等硅相关机制。研究还考察了不同 check-up 频率对观测到的存储衰减的影响,以及含硅负极电池衰减加剧的原因,并将衰减与工况关联以支持后续使用与设计优化。
推荐理由:模型把 SEI 生长与颗粒开裂、裂纹处 SEI 生长、活性材料损失分开处理,可用于理解硅碳负极电池的存储与循环衰减来源。
文章评估了 PINN、PIDeepONet 和 PINO 三种物理信息机器学习框架在电化学器件实时控制中的潜力,从训练成本、推理速度和泛化能力三方面进行对比。PINN 适合固定问题但参数变化需重新训练,PIDeepONet 支持跨工况算子学习且无需网格,PINO 在规则网格上性能更优、外推能力最强。
推荐理由:文章对比 PINN、PIDeepONet 与 PINO 三种物理信息学习框架的训练成本、推理速度与外推能力,为电化学器件实时控制选型提供依据。
该研究对三种物理信息神经网络(PINN)架构建模电池单粒子模型进行基准对比,包括两种常规 PINN 架构和一种基于 DeepONet 的架构,并在多种电流工况下评估其精度与泛化能力。结果显示 PINN 在电池物理建模上有潜力,但常规 PINN 架构在高动态电流条件下存在局限;其中 Fourier 增强的 DeepONet 泛化性能更优,相比数值求解器带来近 10 倍加速。
推荐理由:对比三种 PINN 架构在单粒子模型上的精度与泛化,给出高动态电流下的适用边界与约 10 倍加速。
一项全耦合质量传输、变形、相场与疲劳损伤的多物理场模型被开发用于研究硅颗粒在单次嵌锂-脱锂循环中的开裂行为及多次循环中的疲劳损伤。结果表明,充电倍率、颗粒直径和预存缺口长度的增加均导致更大的开裂速率和更快的颗粒断裂,更长预存缺口和更高充电倍率会缩短颗粒循环寿命。在颗粒中引入纳米孔可减少膨胀、耗散全局拉应力并延长裂纹扩展路径。
作者提出一个可推广的跨尺度计算框架,用于嵌入型电极材料的预测建模,并以钠离子电池正极材料锰六氰基铁酸盐为例。该方法采用主动学习策略,通过迭代的混合巨正则蒙特卡洛与分子动力学采样训练矩张量势,覆盖各钠化程度的构型空间。
研究提出全耦合化学-力学-损伤相场框架,预测核壳结构正极颗粒的机械失效与容量衰减,并以 NMC811@NMC532 为案例量化开裂严重程度。结果显示,当核心锂浓度显著高于壳层时表面裂纹萌生,核壳界面处因壳层膨胀产生的局部环向应力引发界面脱粘,单次放电后容量损失可超 10%。大颗粒还可能因拉伸区扩展出现裂纹分支,导致颗粒整体碎裂。
一项实验与仿真结合的研究以 α-V2O5 单晶和多晶 NCM 为模型正极材料,揭示了电解液浸润与断裂之间的相互强化机制:断裂面浸润促进(脱)锂和成分非均匀性,浸润又影响断裂模式、扩展距离与方向。经验证的多物理场模型进一步模拟恒流充放电下的多晶 NCM 颗粒,表明浸润在促进断裂的同时可提升整体容量。
NREL 将基于物理的机器学习用于电池研究,加速电芯性能、寿命与安全的表征。该进展面向电芯性能、寿命与安全三项表征任务。