通过计算均质化和机器学习揭示多晶体微结构对陶瓷电解质离子导电性的影响
材料科学
2025-01-20 v1
摘要
氧化陶瓷器件的晶界(GB)处离子导电性通常远低于晶内导电性。这一有害GB效应是设计用于固态锂离子电池、燃料电池和电解槽电池的高性能陶瓷电解质的主要瓶颈。氧化陶瓷的宏观离子导电性本质上取决于其 underlying多晶体微结构，其中GB和晶形态密切相关。这为通过微结构工程来增强离子导电性提供了可能。这需要深入了解微结构-性质之间的关联。本文我们研究了大量多晶体微结构样本，样本中晶粒和晶界特征有所不同。通过有限元均质化方法对其宏观离子导电性进行数值评估，其中显式地考虑了GB电阻。系统研究了不同微结构特征对有效离子导电性的影响。揭示了微结构-性质关系。此外，构建并训练了一个基于图神经网络的机器学习模型。它能够准确预测给定多晶体微结构的有效离子导电性。这项工作为通过调节微结构来优化氧化陶瓷器件的离子导电性能提供了关键定量指导。
引用
@article{arxiv.2405.09227,
title = {Unraveling impacts of polycrystalline microstructures on ionic conductivity of ceramic electrolytes by computational homogenization and machine learning},
author = {Xiang-Long Peng and Bai-Xiang Xu},
journal= {arXiv preprint arXiv:2405.09227},
year = {2025}
}