近幾年來(lái),伴隨著科技的飛速發(fā)展,社會(huì)的高速進(jìn)步,新能源問(wèn)題矛盾日益突出,人們對(duì)于新能源的探索的積極性也越來(lái)越高。伴隨著氫氣、天然氣、太陽(yáng)能、風(fēng)能以及核能等新型能源的興起,人們對(duì)電能的使用,依賴(lài)性也比較之前有所提高,與之配套的電池技術(shù)的研究備受關(guān)注,其中鋰離子電池在現(xiàn)階段已研制的二次電池中,因?yàn)槠湎嚓P(guān)技術(shù)所能獲得的電池能量是最高的,所以也是最受人們關(guān)注的。在本文的這項(xiàng)研究中,提出了一種結(jié)合了擴(kuò)散應(yīng)力和曲率效應(yīng)球形彈性模型,研究了實(shí)心碳納米球電極材料在鋰離子脫出和嵌入過(guò)程中的擴(kuò)散誘導(dǎo)應(yīng)力相關(guān)問(wèn)題。采用了單相擴(kuò)散模型分析了恒電壓充放電條件下鋰離子初始濃度和電極尺寸對(duì)擴(kuò)散應(yīng)力的影響。采用了有限差分方法研究了鋰離子擴(kuò)散引起的球殼應(yīng)力的發(fā)生和演變,然后利用單相擴(kuò)散材料數(shù)值模擬了鋰離子濃度對(duì)擴(kuò)散應(yīng)力的影響。通過(guò)控制鋰離子的初始濃度來(lái)計(jì)算球殼電極中鋰離子濃度的變化,然后改變電極材料的尺寸以探索實(shí)心碳納米球電極材料的徑向和周向應(yīng)力。并根據(jù)相關(guān)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行對(duì)比,從而得出相應(yīng)的鋰離子濃度的變化規(guī)律和實(shí)心碳納米球電極材料的徑向和周向應(yīng)力的變化規(guī)律。 

【文章來(lái)源】：南京理工大學(xué)江蘇省 211工程院校

【文章頁(yè)數(shù)】：74 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

填充滿(mǎn)鋰離子的球殼

碩士學(xué)位論文實(shí)心碳納米球電極材料在鋰離子脫出和嵌入過(guò)程中的擴(kuò)散應(yīng)力研究233.建模運(yùn)行結(jié)果3.1云圖分析3.1.1充電過(guò)程首先分析充電過(guò)程的云圖。當(dāng)實(shí)心球形顆粒電極結(jié)構(gòu)內(nèi)徑為0，外徑為20納米，鋰離子初始濃度為0，電解液鋰離子相對(duì)濃度為1.0時(shí)相關(guān)數(shù)據(jù)云圖。圖5內(nèi)徑為0，外徑為20納米，鋰離子初始濃度為0，電解液鋰離子相對(duì)濃度為1.0，c的數(shù)據(jù)云圖圖5為內(nèi)徑是0，外徑是20納米，電解液鋰離子相對(duì)濃度為1.0時(shí)碳納米球內(nèi)鋰離子相對(duì)濃度變化的示意圖，由于假設(shè)上一次放電過(guò)程完全，因此碳納米球邊界處鋰離子濃度等于電解液中鋰離子濃度始終不變，而結(jié)構(gòu)內(nèi)部初始鋰離子濃度為0。從圖中可以看出：在充電過(guò)程開(kāi)始時(shí)，電解液內(nèi)鋰離子嵌入碳納米球邊界，碳納米球內(nèi)部并沒(méi)有鋰離子嵌入，隨著充電過(guò)程的進(jìn)行，結(jié)構(gòu)內(nèi)部鋰離子相對(duì)濃度逐漸升高，靠近邊界處的相對(duì)鋰離子濃度變化最快。最終，碳納米球內(nèi)相對(duì)鋰離子濃度達(dá)到穩(wěn)定，球心位置相對(duì)鋰

3.建模運(yùn)行結(jié)果碩士學(xué)位論文24離子濃度最低，邊界位置鋰離子相對(duì)濃度最高且等于電解液內(nèi)鋰離子相對(duì)濃度。圖6內(nèi)徑為0，外徑為20納米，鋰離子初始濃度為0，電解液鋰離子相對(duì)濃度為1.0，r的數(shù)據(jù)云圖圖6為內(nèi)徑是0，外徑是20納米，電解液鋰離子相對(duì)濃度為1.0時(shí)無(wú)量綱徑向應(yīng)力0r的示意圖，從圖中可以看出：在充電過(guò)程開(kāi)始時(shí)，外邊界無(wú)量綱徑向應(yīng)力0r為0，這是由于碳納米球處于自由邊界狀態(tài)。大致在92%半徑處無(wú)量綱徑向應(yīng)力0r達(dá)到最大值，而結(jié)構(gòu)內(nèi)部由于沒(méi)有鋰離子嵌入，其無(wú)量徑向綱應(yīng)力0r為0。隨著充電過(guò)程的進(jìn)行，最大無(wú)量綱徑向應(yīng)力0r位置向球心移動(dòng)，這與納米碳球內(nèi)鋰離子濃度分布有關(guān)，而結(jié)構(gòu)內(nèi)部無(wú)量綱徑向應(yīng)力0r也隨之增大。最后充電過(guò)程完成，結(jié)構(gòu)內(nèi)鋰離子達(dá)到飽和，碳納米球內(nèi)部存在一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定的應(yīng)力。


本文編號(hào)：3342932