锂离子电池硅电极的电化学-扩散耦合模型

通过应力辅助扩散模型建立了在表面效应和位错效应共同影响下的反应-扩散应力耦合模型,对圆柱形纳米材料在锂离子电池电极中的电化学-机械行为进行了探索研究。该模型可以捕获在恒电流/电压充电情况下,电极纳米材料中电极表面效应、位错效应、电化学反应和扩散之间的关系。同时研究在不同无量纲充电时间下电化学反应应力与电极尺寸和反应扩散相对速率的关系,以及反应-扩散应力受表面效应和位错效应影响时,在不同电极尺寸下的变化情况。数值计算结果表明,表面效应和位错效应综合作用会在电极材料中产生额外的应力场,使反应-扩散耦合模型的应力急剧减小,甚至使电极材料的应力状态由原本的拉伸状态变为压缩状态。这样的结果增加了电极的机械稳定性,同时为锂离子电池更高的充放电速率提供了可能。

化学反应-传热耦合体系中涨落展布指数的临界突跃律及其对耗散的效应

建立了在Dirichlet或零流边界条件下一维气体化学反应-传热-扩散耦合系统的随机模型,并以此为基础,推广了以Fokker-Plank方程为基础的临界涨落量级分析理论,并进一步建立了该类体系的随机热力学.同时,以非等温非均匀Schlogl模型体系为例,通过对相应的Fokker-Plank方程中漂移及扩散对概率分布演化之贡献的量级分析,论证了受制于化学反应-传热耦合的涨落展布指数的临界突跃律;发现临界涨落导致的耗散(涨落熵产生)已达决定性层次,不可避免将通过其热力学效应影响该类系统中进行的物理化学过程.