محاسبه‌ تقريبي ضريب شدت تنش ترك‌هاي سطحي در ذرات كروي الكترودها در اثر جدايش فازي

آزمايش‌ها نشان داده‌اند كه جدايش فازي در الكترود باتري‌هاي يون ليتيومي مي‌تواند باعث تشكيل خرابي‌هاي مكانيكي و كاهش ظرفيت در اين باتري‌ها شود. هدف اين تحقيق، محاسبه‌ عددي و تحليلي ضريب شدت تنش ترك‌هاي سطحي در الكترودهاي متشكل از ذرات كروي ‌شكل در حضور جدايش فازي طي فرايند الكتروشيميايي دشارژ است. به اين منظور، توزيع غلظت و تنش‌هاي ناشي از نفوذ در يك ذره‌ كروي با حل عددي معادلات حاصل بر اساس مدل ميدان فازي به‌دست مي‌آيد. به كمك يك مدل هندسي كه در مطالعات پيشين پيشنهاد شده، ضريب شدت تنش براي عميق‌ترين نقطه از ترك با هندسه‌ نيم‌بيضوي به كمك روش تابع وزن به‌دست مي‌آيد. به علاوه، به كمك مدل هسته پوسته با مرز فازي تيز و بهره‌گيري از يك روش تحليلي، ضريب شدت تنش حداكثر كه در عميق‌ترين نقطه‌ ترك‌هاي سطحي طي فرايند دشارژ كامل حادث مي‌شود، تخمين زده مي‌شود. نتايج عدديِ توزيع غلظت و توزيع تنش حلقوي ارائه، و همچنين ضرايب شدت تنش به‌دست آمده بر اساس مدل ميدان فازي با نتايج مدل هسته پوسته مقايسه مي‌شود. نتايج حاصل از مدل عددي نشان مي‌دهد كه با كاهش اختلاف غلظت در دو فاز، ضرايب شدت تنش حداكثر، وابستگي بيشتري نسبت به تغيير نرخ جريان اعمالي بر سطح ذره داشته و مي‌تواند با افزايش نرخ جريان اعمالي در محدوده پارامترهاي مورد بررسي در اين مطالعه تا بيش از دو برابر افزايش يابد.