A criterion is given for the convergence of numerical solutions of the Navier-Stokes equations in two dimensions under steady conditions. The criterion applies to all cases, of steady viscous flow in two dimensions and shows that if the local ' mesh Reynolds number ', based on the size of the mesh used in the solution, exceeds a certain fixed value, the numerical solution will not converge.

On the Navier-Stokes equations

The lithium ion battery is widely used in electric vehicles (EV) The battery degradation is the key scientific problem in battery research The battery aging limits its energy storage and power output capability, as well as the performance of the EV including the cost and life span Therefore, a comprehensive review on the key issues of the battery degradation among the whole life cycle is provided in this paper Firstly, the battery internal aging mechanisms are reviewed considering different anode and cathode materials for better understanding the battery fade characteristic Then, to get better life performance, the influence factors affecting battery life are discussed in detail from the perspectives of design, production and application Finally, considering the difference between the cell and system, the battery system degradation mechanism is discussed

A review on the key issues of the lithium ion battery degradation among the whole life cycle

Gegenstand des Buches ist die Dual Weighted Residual method (DWR), ein sehr effizientes numerisches Verfahren zur Behandlung einer großen Klasse von variationell formulierten Differentialgleichungen. Das numerische Verfahren ist adaptiv, d.h. es konstruiert eigenständig eine Folge von Approximationen für eine gegebene Fragestellung. Typische Fragestellungen sind die Bestimmung gewichteter Mittelwerte der Lösung oder ihrer Ableitungen, die Bestimmung von Randintegralen über Lösungskomponenten (relevant z.B. für die Berechnung von strömungsmechanischen Kenngrößen) oder die Bestimmung von Spannungsintensitätsfaktoren (z.B. in der Bruchmechanik). Das Verfahren basiert auf Projektionsmethoden wie z.B. der Finiten Elemente Methode (FEM). Dort wird die Approximationsgüte durch die Wahl der Gitter gesteuert. Der Kern jeder adaptiven FEM ist deshalb die Art, wie die Gitter gewählt werden. Typischerweise geschieht dies in einer adaptiven Schleife, in der in mehreren Durchgängen schrittweise das Gitter verbessert wird, bis eine gewünschte Genauigkeit erreicht ist. Bei der DWR wird in jedem Schleifendurchgang ein lineares Hilfsproblem—das sog. duale Problem, welches von der vorliegenden Fragestellung abhängt—(näherungsweise) gelöst. Weiterhin wird eine Approximation der Differentialgleichung bestimmt. Aus diesen nun vorliegenden Daten wird dann herausdestilliert, wo das Gitter verfeinert werden sollte bzw. vergröbert werden kann, um eine genauere Lösung zu erhalten. Ziel eines adaptiven Algorithmus ist, das gewünschte Ergebnis möglichst effizient zu bestimmen, d.h. mit möglichst geringem Bedarf an Resourcen (Rechenzeit, Speicherbedarf etc.). Mit zahlreichen Beispielen belegt das Buch, daß die DWR dieses Ziel erreicht. Es sei hier besonders hervorgehoben, daß eine Kosten-Nutzen-Betrachtung für die DWR besonders bei nichtlinearen Problemen günstig ausfällt, da die Kosten für die Lösung des linearen Hilfsproblems vergleichbar mit denen eines Newtonschrittes sind und somit nur einen kleinen Teil der Gesamtkosten ausmachen. Das Buch gibt einen sehr guten Überblick über die Technik und die Möglichkeiten der DWR. In einleitenden Kapiteln wird die DWR an gewöhnlichen Differentialgleichungen und dann an einfachen linearen, elliptischen partiellen Differentialgleichungen sehr klar und verständlich vorgeführt. Anschließend wird die DWR in einem abstrakten funktionalanalytischen Rahmen vorgestellt. Der Rest des Buches illustriert auf eindrucksvolle Weise die Leistungsfähigkeit und Breite der Anwendungsfähigkeit des Konzeptes an Hand von Fallbeispielen: Es werden Eigenwertprobleme, Optimierungsaufgaben mit Zwangsbedingungen, die durch eine partielle Differentialgleichung gegeben sind, Strukturmechanikprobleme (lineare Elastizität, Plastizität), Strömungsmechanik (hydrodynamische Stabilitätsanalyse, Berechnung von Strömungskennwerten) behandelt. Auch zeitabhängige Probleme wie die Lösung der Wellengleichung werden mit der DWR erfolgreich bearbeitet. Insgesamt wird klar ersichtlich, daß die DWR eine sehr flexible und vielseitig anwendbare Technik ist. Die ausgewählten numerischen Beispiele, die vor allem aus umfangreichen numerischen Untersuchungen der Gruppe von Rolf Rannacher aus den letzten 10 Jahren ausgewählt wurden, sind sehr illustrativ. Die Erläuterungen zu den Beispielen sind auch deshalb interessant, weil eine Menge zusätzlicher Informationen über die numerische Behandlung des vorliegenden Problems quasi nebenbei einfließen. Das Buch entstand aus einer fortgeschrittenen Spezialvorlesung, die an der ETH Zürich gehalten wurde. Einen Lehrbuchcharakter erhält das Buch dadurch, daß Übungsaufgaben (mit detailierten Lösungen im Anhang) jedes Kapitel abschließen. Die Aufgaben enthal-

Adaptive finite element methods for differential equations.

Lithium ion battery performance at high charge/discharge rates is largely determined by the ionic resistivity of an electrode or separator which are filled with electrolyte. Key to understand and to model ohmic losses in porous battery components are porosity as well as tortuosity. In the first part, we use impedance spectroscopy measurements in a new experimental setup to obtain the tortuosities and MacMullin numbers of some commonly separators, demonstrating experimental errors of < 8%. In the second part, we present impedance measurements of electrodes in symmetric cells using a blocking electrode configuration, which is obtained by using a non-intercalating electrolyte. The effective ionic resistivity of the electrode can be fit with a transmission-line model, allowing us to quantify the porosity dependent MacMullin numbers and tortuosities of electrodes with different active materials and different conductive carbon content. Best agreement between the transmission-line model and the impedance data is found when constant-phase elements rather than simple capacitors are used.

https://iopscience.iop.org/article/10.1149/2.1141607jes/pdf

Thomas Carraro

Papers

Three-dimensional reconstruction of a composite cathode for lithium-ion cells

Reconstruction of porous electrodes by FIB/SEM for detailed microstructure modeling

Quantitative Characterization of LiFePO4 Cathodes Reconstructed by FIB/SEM Tomography

Representative volume element size for accurate solid oxide fuel cell cathode reconstructions from focused ion beam tomography data

3D finite element model for reconstructed mixed-conducting cathodes: I. Performance quantification