lithium-ion बैटरी इलेक्ट्रोड के लिए लिथियाटेड सिलिकॉन नैनोवायर्स में दबाव-ग्रेडियंट निर्भर फैलाव और दरार प्रसार

सिलिकॉन लिथियम-आयन बैटरी इलेक्ट्रोड में उपयोग के लिए एक आशाजनक सामग्री है, इसकी अत्यधिक उच्च सैद्धांतिक क्षमता के कारण। सिलिकॉन का उपयोग करने में कठिनाई इस तथ्य के कारण है कि यह लिथियातन के दौरान 400% तक बड़े वॉल्यूमेट्रिक विस्तारों से गुजरता है; ऐसी चरम विस्तार उच्च तनाव उत्पन्न करते हैं जो दरार और क्षमता हानि का कारण बन सकते हैं। लिथियाटेड सामग्रियों में दरार के मॉडलिंग के पिछले प्रयासों ने पूरी तरह से दबाव-ग्रेडियंट के फैलाविक प्रवाह पर प्रभावों को नजरअंदाज या सरल बनाया है, जो सामग्री के भीतर तनाव-स्थिति के अधिक आकलन का कारण बनता है। हमने सिलिकॉन नैनोवायर्स में लिथियातन-प्रेरित दरार प्रसार का अध्ययन करने की एक विधि विकसित की है जो सामग्री के भीतर दबाव-ग्रेडियंट के प्रभावों को प्रवाह पर ध्यान में रखती है। हमारा दृष्टिकोण सीमित तत्व सिमुलेशन पर आधारित है जिसमें दबाव-ग्रेडियंट को संख्यात्मक रूप से गणना की जाती है और प्रवाह वेक्टर की गणना के लिए उपयोग किया जाता है। यह विधि हमें दरार-टिप के स्थानीयकृत फैलाव पर प्रभाव को कैप्चर करने की अनुमति देती है, जो दरार वृद्धि को रोकने में एक महत्वपूर्ण भूमिका निभाती है। हमने अपने तरीके का उपयोग करके सिलिकॉन नैनोवायर्स में चार्जिंग दर और कण का आकार दरार प्रसार पर अध्ययन किया है। चार्जिंग दर और नैनोवायर व्यास के आधार पर तीन दरार वृद्धि व्यवस्थाएँ देखी गई हैं - कोई वृद्धि नहीं, रोकी गई वृद्धि, और पूर्ण वृद्धि - और इन्हें एक विफलता आरेख में तालाबद्ध किया गया है।