تنش ناشی از نفوذ یون لیتیوم در ذره فعال سیلیکون در باتری لیتیوم-یون

امروزه باتری‎ها به عنوان منبع تامین انرژی در سیستم‎های مختلف صنعتی مورد استفاده قرار می‎گیرند و ظرفیت ‎ذخیره انرژی باتری‎های لیتیومی یکی از محدودیت‎های اساسی در استفاده از آن‎ها محسوب می‎گردد. ماده سیلیکون با توجه به ظرفیت بالای ذخیره لیتیوم به عنوان آند در باتری‎های لیتیوم-یون همواره مورد توجه بوده است. اما با وجود ظرفیت بالای این ماده؛ به علت شکست آن در حین نفوذ لیتیوم، استفاده از آن همواره با محدودیت‎هایی همراه بوده، این یک زمینه فعال و مهم امروزی در صنعت باتری لیتیومی است. هدف این مقاله تحلیل تنش-کرنش سیلیکون در حین نفوذ یون لیتیوم به آن است تا بتوان موانع استفاده از سیلیکون را شناسایی و کاهش داد. خواص سیلیکون با نفوذ یون لیتیوم، ثابت نبوده و تشکیل پیوند بین اتم‎های سیلیکون و لیتیوم باعث ایجاد تغییراتی در خواص مکانیکی آن می‎گردد. دراین مقاله ابتدا با برازش منحنی بر داده‎های بدست آمده از شبیه سازی‎های کوانتومی؛ خواص مکانیکی سیلیکون، در غلظت‎های متفاوت لیتیوم محاسبه می‎گردد. سپس با مدل سازی و تحلیل عددی مسئله به روش المان محدود، معادلات تعادل مکانیکی و نفوذ یون لیتیوم حل شده و مقادیر تنش و کرنش بدست می آید. همچنین با توجه به تغییر شکل پلاستیک سیلیکون تحت نفوذ لیتیوم، اثر ابعاد ذره سیلیکون بر مقادیر تنش فون مایزز بررسی می‎گردد.