کد مقاله کد نشریه سال انتشار مقاله انگلیسی نسخه تمام متن
7168959 1463037 2018 16 صفحه PDF دانلود رایگان
عنوان انگلیسی مقاله ISI
Predicting fracture evolution during lithiation process using peridynamics
ترجمه فارسی عنوان
پیش بینی تکامل شکست در فرآیند لیتیاسیون با استفاده از پدیدینامیک
کلمات کلیدی
باتری لیتیوم یون، تحلیل شکستگی، پریدینامیک، تغییر فاز، اثر گرادیان فشار،
ترجمه چکیده
سیلیکون به علت ظرفیت الکتریکی بزرگ آن به عنوان یکی از مواد امیدوار کننده ترین مواد برای باتری های لیتیوم یون در نظر گرفته شده است. با این حال، سیلیکون تغییر حجم زیادی را در طول دوچرخه سواری باتری تجربه می کند که می تواند منجر به شکستگی و شکست باتری های لیتیوم یون شود. تغییر غلظت لیتیوم و مواد آنود تاثیر مستقیم بر استرس هیدرواستاتیک و تکامل خسارت دارد. گرادیان فشار بالا در اطراف خطوط ترک باعث شار جرم یون لیتیوم است که غلظت یون لیتیوم در این مناطق را افزایش می دهد. بنابراین ضروری است فیزیک مشکل را با حل معادلات مکانیکی به طور کامل متصل کند. در این مطالعه، این معادلات با استفاده از پرییدینامیک در ارتباط با مفهوم اپراتیوپتر مجهز به سیستم عامل دیفرانسیل جدید معرفی شده است که برای تبدیل معادلات دیفرانسیل با مشتقات جزئی به شکل پرییدنامیک برای معادله دیفرانسیل استفاده می شود. پس از اعتبارسنجی چارچوب توسعه یافته، توانایی رویکرد فعلی با در نظر گرفتن یک صفحه الکترود نازک با چندین ترک قبلی که در جهت گوناگون گام برداشته شده است، نشان داده شده است. نشان داده شده است که پرییدینامیک می تواند با موفقیت پروسه انتشار ترک را در طی فرایند لیتیزاسیون پیش بینی کند.
موضوعات مرتبط
مهندسی و علوم پایه سایر رشته های مهندسی مهندسی مکانیک
پیش نمایش مقاله
پیش بینی تکامل شکست در فرآیند لیتیاسیون با استفاده از پدیدینامیک
چکیده انگلیسی
Silicon is regarded as one of the most promising anode materials for lithium-ion batteries due to its large electric capacity. However, silicon experiences large volumetric change during battery cycling which can lead to fracture and failure of lithium-ion batteries. The lithium concentration and anode material phase change have direct influence on hydrostatic stress and damage evolution. High pressure gradient around crack tips causes mass flux of lithium ions which increases the lithium-ion concentration in these regions. Therefore, it is essential to describe the physics of the problem by solving fully coupled mechanical-diffusion equations. In this study, these equations are solved using peridynamics in conjunction with newly introduced peridynamic differential operator concept used to convert partial differential equation into peridynamic form for the diffusion equation. After validating the developed framework, the capability of the current approach is demonstrated by considering a thin electrode plate with multiple pre-existing cracks oriented in different directions. It is shown that peridynamics can successfully predict the crack propagation process during the lithiation process.
ناشر
Database: Elsevier - ScienceDirect (ساینس دایرکت)
Journal: Engineering Fracture Mechanics - Volume 192, 1 April 2018, Pages 176-191
نویسندگان
, , ,