محاسبه تقریبی ضریب شدت تنش ترک های سطحی در ذرات کروی الکترودها در اثر جدایش فازی

آزمایش ها نشان داده اند که جدایش فازی در الکترود باتری های یون لیتیومی می تواند باعث تشکیل خرابی های مکانیکی و کاهش ظرفیت در این باتری ها شود. هدف این تحقیق، محاسبه عددی و تحلیلی ضریب شدت تنش ترک های سطحی در الکترودهای متشکل از ذرات کروی شکل در حضور جدایش فازی طی فرایند الکتروشیمیایی دشارژ است. به این منظور، توزیع غلظت و تنش های ناشی از نفوذ در یک ذره کروی با حل عددی معادلات حاصل بر اساس مدل میدان فازی به دست می آید. به کمک یک مدل هندسی که در مطالعات پیشین پیشنهاد شده، ضریب شدت تنش برای عمیق ترین نقطه از ترک با هندسه نیم بیضوی به کمک روش تابع وزن به دست می آید. به علاوه، به کمک مدل هسته- پوسته با مرز فازی تیز و بهره گیری از یک روش تحلیلی، ضریب شدت تنش حداکثر که در عمیق ترین نقطه ترک های سطحی طی فرایند دشارژ کامل حادث می شود، تخمین زده می شود. نتایج عددی توزیع غلظت و توزیع تنش حلقوی ارائه، و همچنین ضرایب شدت تنش به دست آمده بر اساس مدل میدان فازی با نتایج مدل هسته- پوسته مقایسه می شود. نتایج حاصل از مدل عددی نشان می دهد که با کاهش اختلاف غلظت در دو فاز، ضرایب شدت تنش حداکثر، وابستگی بیشتری نسبت به تغییر نرخ جریان اعمالی بر سطح ذره داشته و می تواند با افزایش نرخ جریان اعمالی در محدوده پارامترهای مورد بررسی در این مطالعه تا بیش از دو برابر افزایش یابد.

Keywords:

Lithium ion battery , Phase separation , Phase field modeling , Fracture mechanics. , باتری یون لیتیومی , جدایش فازی , مدل میدان فازی , مکانیک شکست