이 책을 읽는 법

이 가이드북은 이 플랫폼이 시뮬레이션하는 장치, 즉 리튬이온 배터리와 연료전지 뒤의 과학을 가르친다. 두 도구 매뉴얼과는 일부러 분리되어 있다: Battery Studio 가이드와 Battery Pack 가이드는 무엇을 클릭하는지를 알려주고, 이 책은 무엇을 이해해야 하는지를 알려준다.

이 책은 어떻게 만들어졌나

대부분의 교과서는 정적이다. 이 책은 여러분이 읽고 있는 그 솔버를 직접 돌리고, 결과를 선언하는 대신 유도한다. 시작하기 전에 알아 두면 좋은 반복 요소가 몇 가지 있다:

접이식 유도. "유도"라고 표시된 금색 테두리 카드에 단계별 증명 전체가 들어 있고, 기본은 접혀 있어 훑어보는 동안엔 짧게 유지된다. 대수 전개가 필요하면 펼치면 된다.
공리 칩. 모든 유도는 그것이 딛고 선 공리와 정의를 상단에 클릭 가능한 칩으로 밝힌다 (제1법칙, 픽 법칙, 과전압의 정의, …). 칩을 누르면 진술이 뜨고, 공리라면 그것을 뒷받침하는 실험까지 보인다. 규칙은 엄격하다: 아무것도 거저 가정하지 않는다. 공리가 아닌 전제는 중첩된 "보조정리" 카드에서 증명되므로, 모든 결과가 짧은 이름 붙은 출발점 목록으로 거슬러 올라간다.
실전 예제는 실제 프리셋 수치를 방정식에 넣으므로, 답을 언제나 검산할 수 있고 종종 스튜디오에서 바로 확인할 수 있다.
연습문제는 각 장을 풀이 숨김으로 마무리한다: 먼저 풀어 보고 나서 펼치라.
용어·인용 팝오버. 점선 밑줄이 그어진 용어(예: )는 클릭하면 한 줄 정의를 보여주고, 작은 위첨자 숫자는 인용으로 팝오버가 원문으로 바로 링크된다 .

읽는 순서

그림 · 책의 지도. 0부(길잡이)에서 1부(전기화학 기초, 1-5장)로 가면, 그 공유 토대 위에서 2부 배터리(6-12장)와 3부 연료전지(13-19장)로 갈라지고, 둘 다 4부 실전(20-22장)으로 모인다. 배터리가 목표면 I → II, 연료전지가 목표면 I → III로 읽으라.

내용이 처음이라면 1부에서 2부로(연료전지가 목표라면 1부에서 3부로) 순서대로 읽으라. 모든 장은 방정식 앞에 물리적 그림을 먼저 보이고, 학습 목표를 앞머리에 밝히며, 인터랙티브 그림은 극한을 유도하는 대신 슬라이더를 끌어 직관을 쌓게 한다.

이미 표기법이 익숙한가? 1부는 훑고 필요한 장으로 바로 가라. 배터리 장(8~~11)은 자체 P2D 솔버가 실제로 적분하는 지배 방정식의 깊이까지 가고, 연료전지 장(13~~18)은 모델링 사다리 개관에서 멈춘다. 플랫폼이 아직 연료전지 솔버를 싣고 있지 않기 때문이다.

표기법

기호	의미
$\theta = c_s/c_{s,\max}$	고체 리튬화 분율(화학량론)
$\eta$	과전압: 반응을 구동하는 전압 비용
$j$ , $j_0$	전류밀도와 교환 전류밀도
$U_\mathrm{eq}$ , OCV	평형(개방회로) 전위
$E_\mathrm{Nernst}$	열역학에서 나오는 가역 셀 전압
$\sigma$ , $\kappa$	전자 / 이온 전도도
$F$ , $R$ , $T$	패러데이 상수, 기체 상수, 온도

직접 실행해 보기

배터리 장에는 "직접 실행" 딥링크가 있어 Battery 1D에서 바로 그 셀을 열어, 모든 그림을 실제 솔버로 재현할 수 있다. 연료전지 장은 대신 페이지 내 인터랙티브 모델을 쓴다(예: 14장의 분극 탐색기). 연료전지 솔버는 로드맵에 있으며, 이 책은 그것이 이미 있는 척하지 않는다.

정직성 규칙

모든 모델 장은 "이 모델이 다루지 않는 것" 절로 끝난다. 시뮬레이션은 그 경계를 알기 때문에 유용하다. 본문의 인용은 모두 원문으로 링크되며, 정확한 서지를 재확인하지 못한 인용은 권위인 척하지 않고 그렇게 표시한다. 이 책이 기대는 표준 참고문헌은 수송과 다공성 전극에 대한 Newman과 Thomas-Alyea , 전기화학 방법에 대한 Bard와 Faulkner , P2D 배터리 모델에 대한 Doyle-Fuller-Newman 논문 , 연료전지에 대한 O'Hayre 등 이며, 아래에 모아 두었다.

참고문헌

[1] J. Newman, K. E. Thomas-Alyea (2004). Electrochemical Systems, 3rd ed. Wiley. 원문 링크 ↗

[2] A. J. Bard, L. R. Faulkner (2001). Electrochemical Methods: Fundamentals and Applications, 2nd ed. Wiley. 원문 링크 ↗

[3] M. Doyle, T. F. Fuller, J. Newman (1993). Modeling of Galvanostatic Charge and Discharge of the Lithium/Polymer/Insertion Cell J. Electrochem. Soc. 140, 1526. doi:10.1149/1.2221597 ↗

[4] T. F. Fuller, M. Doyle, J. Newman (1994). Simulation and Optimization of the Dual Lithium Ion Insertion Cell J. Electrochem. Soc. 141, 1. doi:10.1149/1.2054684 ↗

[5] R. O'Hayre, S.-W. Cha, W. Colella, F. B. Prinz (2016). Fuel Cell Fundamentals, 3rd ed. Wiley. 원문 링크 ↗