挠曲-扩散效应：应变梯度诱导的对锂扩散的强烈影响
材料科学
2021-03-08 v1
摘要
锂离子电池（LIBs）在复杂外力场下工作，其电化学性能可被应变调控。由于电-力耦合，微局部结构的变化可极大影响LIBs固态电解质与电极材料中的锂（Li）扩散速率。本研究通过第一性原理计算发现，双层石墨烯（BLG）中的应变梯度显著影响其Li扩散势垒，称之为挠曲-扩散效应。在正向/负向应变梯度下Li扩散势垒大幅降低/升高，导致300 K下Li扩散系数发生数个数量级的变化。有趣的是，应变梯度的调控效应远强于均匀应变场，可显著提升离子电导率且轻微改变原材料结构，从而对电池倍率性能产生显著影响。此外，我们的第一性原理分子动力学模拟（AIMD）表明，非对称畸变晶格结构为Li扩散提供了驱动力，导致沿正应变梯度方向的定向扩散。这些发现可通过引入新颖的应变梯度工程拓展现有LIBs技术。
引用
@article{arxiv.2002.05375,
title = {Flexo-diffusion effect: the strong influence on lithium diffusion induced by strain gradient},
author = {Gao Xu and Feng Hao and Mouyi Weng and Jiawang Hong and Feng Pan and Daining Fang},
journal= {arXiv preprint arXiv:2002.05375},
year = {2021}
}