多孔电极的非平衡热力学
化学物理
2012-08-24 v3 材料科学
摘要
我们针对非理想活性材料（包括能够发生相变的材料）重构并扩展了多孔电极理论。利用非平衡热力学原理，我们将电池电压、离子通量和法拉第电荷转移动力学与离子及电子的变分电化学势联系起来。Butler-Volmer 交换电流一致地用还原态、氧化态和过渡态的活度来表示，活化过电位则相对于局部 Nernst 电势定义。我们还应用有效扩散系数的数学界限来估算孔隙率和曲折度修正。该理论以锂离子电池为例进行了说明，其中活性固体颗粒由 Cahn-Hilliard 相场模型描述。取决于施加的电流和多孔电极特性，其动力学可能受限于电解质传输、固体扩散与相分离，或嵌入动力学。在发生相分离的多孔电极中，该模型预测了窄反应前沿、马赛克不稳定性以及低电流下的电压波动，这与近期实验结果一致，而现有的多孔电极模型无法描述这些现象。
引用
@article{arxiv.1204.2934,
title = {Nonequilibrium Thermodynamics of Porous Electrodes},
author = {Todd R. Ferguson and Martin Z. Bazant},
journal= {arXiv preprint arXiv:1204.2934},
year = {2012}
}