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セル仕様

セル仕様 (Cell Specification) は、Ionworks におけるセルの設計図です。セルの基本的なプロパティを定義し、その設計と特性の中心的な記録として機能します。扱っている特定のタイプのセルのマスターテンプレートと考えてください。データシートに記載されているような情報です。 すべての実験データとシミュレーションは、最終的にセル仕様にリンクされます。特定のセル化学と設計に関連するすべての情報を整理するための主要なコンテナとして機能します。

主なプロパティ

セル仕様を作成するときに、次の項目を定義します: 基本情報
  • Name - セル仕様の一意でわかりやすい名前
  • Form Factor - 物理形状(例: R2032、18650、21700、パウチ、角型)
  • Manufacturer - セルを組み立て・製造した者
電気的定格
  • Capacity - 定格容量(例: 5 Ah)。シミュレーションで C レートを電流に変換するために使用されます。
  • Voltage Min/Max - 動作電圧上下限。シミュレーションのデフォルトカットオフとして使用されます。
  • Nominal Voltage - 公称セル電圧(任意)
  • Energy - 定格エネルギー(任意)
  • Energy Density - 重量および/または体積エネルギー密度(任意)
  • Max Charge/Discharge Rates - 最大 C レート(任意)
構成要素
  • Anode - 負極材料とプロパティ
  • Cathode - 正極材料とプロパティ
  • Electrolyte - 電解液材料とプロパティ
  • Separator - セパレーター材料とプロパティ
  • Case - ケース種別とプロパティ
ソース/来歴
  • DOI - 参考論文のデジタルオブジェクト識別子
  • Citation - 出版物の引用
  • Creator - データ作成者の名前と ORCID
  • License - データライセンス
追加フィールド
  • Properties - カスタムの非電気的プロパティ(寸法、組み立て方法など)
  • Notes - セルに関する自由形式のメモ

電極ジオメトリ(ティアダウンデータ)

電極ジオメトリ — 層の厚み、空隙率、粒子半径、活物質体積分率、最大濃度 — は、測定ではなくセル仕様に保存される設計メタデータです。これらの値は、仕様にリンクされたコンポーネントレコード(anodecathodeelectrolyteseparatorcase)と、特定のコンポーネントに紐付かない設計レベルの値を保持する仕様レベルの properties フィールドに格納されます。

必要になる場面

ジオメトリは、完全な物理ベースモデル(DFN / SPMe — Ionworks では FPBM と呼びます)を構築するために必須です。これらの値は方程式の構造的な入力であり、欠けているとモデルを組み立てられず、ソルブを実行する前にビルド時にエラーが発生します。それ以外のモデル — ECM や集中定数/単一粒子系の LBPM ファミリー — はジオメトリを必要としないため、ジオメトリのない仕様でも引き続き利用できます。 実用的なチェック方法: 仕様のコンポーネントレコードがすべて未設定で properties が空であれば、その仕様はプラットフォーム上にジオメトリを持たないものとして扱い、DFN/SPMe シミュレーションはビルドに失敗します。修正方法は別の測定を追加することではなく、仕様にジオメトリを付与することです(下記参照)。

データの出所

モデルが必要とするのは数値そのものだけで、どのように得られたかは問いません。有効な出所には次のものがあります:
  • 実際のセルのティアダウン
  • 直接の計測(ノギス/マイクロメーターによる厚み測定、水銀ポロシメトリー、SEM による粒子径測定)
  • ベンダーのデータシート
  • 同等化学に関する公開文献
下流の利用者がその値が実測か仮定かを判断できるよう、各コンポーネントの properties 内に(たとえば source キーとして)出所と信頼度を値と一緒に記録してください。

仕様へのジオメトリの付与

ジオメトリは、仕様のコンポーネントを更新することで付与します。Quantity 辞書({"value": ..., "unit": ...})と人間が読みやすい単位を使用してください — umpercentmmmol/m**3 などはすべて自動的に解釈されます。
client.cell_spec.update(
    spec_id,
    {
        "anode": {
            "material": {"name": "NK-SC", "manufacturer": "Novonix"},
            "properties": {
                "thickness": {"value": 70, "unit": "um"},
                "porosity": {"value": 33.6, "unit": "percent"},
                "particle_radius": {"value": 5.05, "unit": "um"},
                "active_material_volume_fraction": {
                    "value": 62.7,
                    "unit": "percent",
                },
                "current_collector_thickness": {"value": 10, "unit": "um"},
                "source": "vendor datasheet",
            },
        },
        "cathode": {
            "material": {"name": "M83E300"},
            "properties": {
                "thickness": {"value": 65, "unit": "um"},
                "porosity": {"value": 30.0, "unit": "percent"},
                "particle_radius": {"value": 3.8, "unit": "um"},
                "active_material_volume_fraction": {
                    "value": 66.0,
                    "unit": "percent",
                },
                "source": "teardown",
            },
        },
        "separator": {
            "material": {"name": "Celgard 2325"},
            "properties": {
                "thickness": {"value": 25, "unit": "um"},
                "porosity": {"value": 39.0, "unit": "percent"},
            },
        },
    },
)
更新後、仕様の anode_idcathode_idseparator_id が設定され、その仕様からパラメータを解決する任意のパラメータ化モデルでジオメトリを利用できるようになります。
仕様に付与されたジオメトリは設計目標を表します。特定の物理セルがその設計から逸脱する場合(たとえば特定ロットで実測された電極ローディング)は、その逸脱をセルインスタンスの measured_properties に記録してください。データのアップロードを参照してください。

組織レベルのリソース

各セル仕様は組織に属し、共有リソースとなります。作成後は、複数のプロジェクトにリンクできます。
セル仕様が複数のプロジェクトに関連付けられている場合、そのセルに属するすべてのデータはすべてのプロジェクトで利用できます。あるプロジェクトでセル用のパラメータ化モデルを作成すると、そのセルが関連付けられているすべてのプロジェクトで利用できるようになります。

次のステップ

  • セルの実験データをアップロードする — データの概要を参照
  • シミュレーションのための数学的フレームワークを定義するモデルについて学ぶ
  • すぐに実行可能なシミュレーションエンジンを作成するパラメータ化モデルを試す