کد مقاله کد نشریه سال انتشار مقاله انگلیسی نسخه تمام متن
7727371 1497906 2016 10 صفحه PDF دانلود رایگان
عنوان انگلیسی مقاله ISI
Computational multiobjective topology optimization of silicon anode structures for lithium-ion batteries
ترجمه فارسی عنوان
بهینه سازی توپولوژی چند هدفه محاسباتی ساختارهای آنند سیلیکون برای باتری های لیتیوم یون
کلمات کلیدی
بهینه سازی توپولوژی، چند منظوره، هدایت، انطباق، بارهای وابسته طراحی
ترجمه چکیده
این مطالعه با استفاده از روش های بهینه سازی توپولوژی محاسباتی برای طراحی سیستماتیک ساختارهای آند آنتی آلی سیلیکون چند منظوره بهینه برای باتری های لیتیوم یون استفاده می کند. به منظور توسعه باتری های لیتیوم یون با کارایی بالا، چالش های طراحی اصلی مربوط به ساختار آنند سیلیکون باید مورد توجه قرار گیرد، یعنی تخریب مکانیکی ناشی از لیتیمیشن و هدایت الکتریکی ذاتی سیلیکن. به همین ترتیب این کار دو هدف طراحی را برآورده می کند، اولا حداقل انطباق با گسترش حجم وابسته به طراحی و دومین هدایت الکتریکی حداکثر از طریق ساختار است که هر دو محدودیت حجم مواد دارند. روشهای بهینه سازی توپولوژی مبتنی بر تراکم در کنار تکنیک های تنظیم، یک برنامه پیوسته و روش های برنامه ریزی ریاضی استفاده می شود. اهداف در ابتدا به صورت جداگانه مورد بررسی قرار می گیرند، که در طی آن تاثیر حداقل اندازه ساختاری و حجم کسر حجمی مورد بررسی قرار می گیرد. سپس روش شناسی به یک فرمولبندی دوبعدی توسعه داده می شود تا به طور همزمان به معیارهای طراحی ساختاری و هدایت اشاره کند. روش ترکیبی وزنی برای ایجاد جبهه پارتو استفاده می شود که نشان می دهد که بین اهداف طراحی رقابتی واضح است. ساختار قاب سازی شدید سازنده ای بین معیار طراحی ساختاری و هدایت مطرح بود که هر دو ساختار سختی ساختاری و راه های هدایت مستقیم را فراهم می آورد. تحولات و نتایج ارائه شده در این کار پایه ای برای طراحی آگاهانه و توسعه ساختارهای آنند سیلیکون برای باتری های لیتیوم یون با کارایی بالا است.
موضوعات مرتبط
مهندسی و علوم پایه شیمی الکتروشیمی
پیش نمایش مقاله
بهینه سازی توپولوژی چند هدفه محاسباتی ساختارهای آنند سیلیکون برای باتری های لیتیوم یون
چکیده انگلیسی
This study utilizes computational topology optimization methods for the systematic design of optimal multifunctional silicon anode structures for lithium-ion batteries. In order to develop next generation high performance lithium-ion batteries, key design challenges relating to the silicon anode structure must be addressed, namely the lithiation-induced mechanical degradation and the low intrinsic electrical conductivity of silicon. As such this work considers two design objectives, the first being minimum compliance under design dependent volume expansion, and the second maximum electrical conduction through the structure, both of which are subject to a constraint on material volume. Density-based topology optimization methods are employed in conjunction with regularization techniques, a continuation scheme, and mathematical programming methods. The objectives are first considered individually, during which the influence of the minimum structural feature size and prescribed volume fraction are investigated. The methodology is subsequently extended to a bi-objective formulation to simultaneously address both the structural and conduction design criteria. The weighted sum method is used to derive the Pareto fronts, which demonstrate a clear trade-off between the competing design objectives. A rigid frame structure was found to be an excellent compromise between the structural and conduction design criteria, providing both the required structural rigidity and direct conduction pathways. The developments and results presented in this work provide a foundation for the informed design and development of silicon anode structures for high performance lithium-ion batteries.
ناشر
Database: Elsevier - ScienceDirect (ساینس دایرکت)
Journal: Journal of Power Sources - Volume 326, 15 September 2016, Pages 242-251
نویسندگان
, ,