اثر جدایش فازی بر تنش‌های ناشی از نفوذ در ذرات کروی و استوانه‌ای الکترودها

آزمایش‌های بسیاری نشان داده‌اند جدایش فازی در الکترودها می‌تواند منجر به بروز خرابی‌های مکانیکی و درنتیجه کاهش عمر عملکردی باتری‌های لیتیومی شود. در این تحقیق، به‌کمک یک مدل میدان فازی، به مطالعه‌ اثر پدیده جدایش فازی بر فرایندهای نفوذ یونی، شامل شارژ و دشارژ در ذرات کروی و استوانه‌ای شکل الکترودها پرداخته می‌شود. به این منظور، ابتدا معادلات حاکم بر مسئله استخراج، و پس از گسسته‌سازی به‌کمک روش تفاضل محدود مرکزی، میدان غلظت و سپس میدان تنش از حل عددی معادلات جبری حاصل به‌روش نیوتن- رفسون تعیین می‌شوند. نتایج به‌دست آمده با نتایج تحلیلی حاصل از مدل هسته- پوسته نیز مقایسه و صحت‌سنجی می‌شود. نتایج نشان می‌دهد در محدوده پارامترهای مورد مطالعه، جدایش فازی می‌تواند منجر به افزایش بیش از پنج برابری تنش‌های کششی در سطح ذرات الکترود شود

Keywords:

Lithium-ion batteries , Phase separation , Phase-field model , Diffusion-induced stress. , باتری‌های یون لیتیومی , جدایش فازی , مدل میدان فازی , تنش‌های ناشی از نفوذ