An interactive web application combining a surrogate Deep Neural Network (DNN) for electrolyte property estimation with a Single Particle Model with Electrolyte (SPMe) solver.
Launch SimulatorThe Single Particle Model with Electrolyte (SPMe) is an electrochemical model that simplifies battery dynamics for computational efficiency while incorporating electrolyte transport. Unlike the standard Single Particle Model (SPM), the SPMe approximates concentration gradients and electrical potential drops within the liquid electrolyte phase.
Focuses on simulating a single cell chemistry under user-defined operating protocols. By selecting the DNN option under the Electrolyte settings tab, you can customize the solvent composition and salt concentration to evaluate custom electrolyte configurations.
Enables systematic sweeps over electrolyte solvent ratios to study their impact on simulated cell performance. This workspace offers tools for batch simulations and heuristic optimization.
Runs batch simulations of cell discharge across a range of binary mixtures (from 0% to 100% ratio of two selected solvents) to observe how calculated capacity and energy change with the mixing ratio.
Sweeps a three-solvent mixture (e.g., EC-DMC-EMC) and maps the simulated discharge performance onto a ternary diagram. It highlights composition regions where the model predicts local salt depletion under the simulated discharge rate.
Applies a Particle Swarm Optimization (PSO) heuristic combined with binary search loops to find candidate solvent ratios and salt concentrations that maximize the predicted limiting C-rate. Results are visualized on a Ragone Plot showing the candidate configurations and their calculated limits.
This simulator is built upon standard electrochemical equations, referencing PyBaMM parameter definitions and battery literature.
SPMe (Single Particle Model with Electrolyte) は、計算負荷を低く抑えるために電池内の物理現象を簡略化しつつ、電解液輸送の効果を取り入れた電気化学モデルです。従来のSPM(単一粒子モデル)とは異なり、液相電解液中の塩濃度勾配や電位降下(液相オーム抵抗および濃度過電圧)を近似方程式を用いて考慮します。
ユーザー定義の運転条件のもとで、特定の単一セル構成の放電挙動を計算・評価します。電解液設定で「DNN」を選択することで、電解液組成比と塩濃度をカスタマイズしたシミュレーションを実行できます。
電解液の溶媒比率や塩濃度を変化させた際に、シミュレーション上の電池性能(算出容量、エネルギー、推定限界Cレート)が受ける影響を可視化し、指定条件下で好適な組成の探索を行います。
選択した2種類の溶媒比率を0%〜100%の間で変化させ、放電容量、エネルギー、平均電圧の変化を示す2次元曲線を描画し、混合比率に伴う計算値のトレンドを評価します。
3種類の溶媒(例: EC-DMC-EMC)の混合比を変化させ、三成分相図(Ternary Phase Diagram)上に出力性能の推定値を示すカラーマップを描画します。高負荷放電時に電解液中の塩枯渇(塩濃度が極端に低下する現象)が予測される領域は「X」印として重畳表示されます。
5次元の溶媒比率と塩濃度空間を対象に、特定のエネルギー維持率を満たす最大放電Cレート(限界出力)を探索します。探索にはメタヒューリスティクス手法である **粒子群最適化 (PSO: Particle Swarm Optimization)** と二分探索法を組み合わせて使用し、探索された好適な組成案とラゴンプロットを提示します。
本シミュレータは、PyBaMMのパラメータ構造および電池関連文献に記載された基礎式に基づいて構築されています。
@misc{kusachi2025electrolytespme,
author = {Yuki Kusachi},
title = {Battery Simulator Web - Electrolyte DNN + SPMe Solver},
year = {2025},
url = {https://www.edandc.com/ElSim-BattSim-SPMe/},
note = {YK Energy Device \& Consulting}
}