形状至关重要：理解电极几何形状对电池电阻和化学力学应力的影响
化学物理
2024-10-22 v1
摘要
与在给定占地面积面积下采用传统几何形状（即夹持电解质的平面阴极和阳极）相比，结合成形三维电极的可充电电池已被证明具有更高的功率和能量密度。电极可以成形以实现更高的活性材料负载，同时保持较小的离子传输距离，然而，电学和力学性能之间的关系仍然知之甚少。人们已经探索了各种电极形状，其中电极被单独成形或相互交织。制造以及形状和拓扑优化的进步使此类设计成为现实。在本文中，我们探讨了正弦半电池和叉指全电池。首先，我们使用一个简单的静电学模型来理解作为形状函数的电池电阻。我们关注低温条件，此时电解质电导率降低，控制无量纲参数发生变化。接下来，我们使用化学力学模型来检查由于嵌入驱动的体积膨胀而产生的应力集中。我们表明，成形电极显著降低了电阻，然而，它们会导致不利的应力集中。总体而言，我们发现完全叉指的电极可能在此权衡方面提供最佳平衡。
引用
@article{arxiv.2406.01748,
title = {Shape matters: Understanding the effect of electrode geometry on cell resistance and chemo-mechanical stress},
author = {Tiras Y. Lin and Hanyu Li and Nicholas W. Brady and Nicholas R. Cross and Victoria M. Ehlinger and Thomas Roy and Daniel Tortorelli and Christine Orme and Marcus A. Worsley and Giovanna Bucci},
journal= {arXiv preprint arXiv:2406.01748},
year = {2024}
}