جلسه دفاع پیشنهادیه دکتری مهندسی مکانیک- گرایش طراحی کاربردی (آقای محمدصادق میرزایی)

موضوع:  مدل‌سازی چندفیزیکی کوپل‌شده شکست به روش میدان‌فاز در ذرات فعال کاتدی باتری‌های حالت جامد

استادان راهنما: دکتر محمد مشایخی، دکتر مهدی جوانبخت

استادان داور: دکتر محمدرضا فروزان، دکتر حسین جعفرزاده

چیکده 

باتری‌های حالت‌جامد به دلیل برخورداری از ایمنی بیشتر و چگالی انرژی بالاتر، گزینه‌ای امیدوارکننده برای سیستم‌های ذخیره انرژی به شمار می‌روند. با این وجود، عملکرد و عمر مفید این باتری‌ها به شدت تحت تأثیر سازوکارهای تخریب مکانیکی و الکتروشیمیایی قرار دارد. در طول فرآیند لیتیوم‌گذاری و لیتیوم‌زدایی، تغییرات حجمی قابل‌توجهی در ذرات فعال کاتدی رخ می‌دهد که منجر به تمرکز تنش، شکست ذرات و جدایش در فصل مشترک ذره و الکترولیت جامد می‌گردد. این آسیب‌ها با اختلال در مسیرهای انتقال یون، افت شدید ظرفیت و عملکرد باتری را به همراه دارند. در این راستا، پژوهش حاضر به توسعه یک چارچوب محاسباتی یکپارچه، چندفیزیکی و سازگار با ترمودینامیک مبتنی بر روش میدان فاز جهت پیش‌بینی و شبیه‌سازی تخریب ذرات کاتدی در باتری‌های تمام‌حالت‌جامد می‌پردازد. مدل پیشنهادی با در نظر گرفتن فرض تغییرشکل‌های بزرگ، کوپلینگ کاملی میان میدان‌های الکتریکی، شیمیایی، حرارتی و مکانیکی برقرار می‌سازد. از نوآوری‌های بارز این پژوهش، بازنمایی صریح ریزساختار چندبلوری ذرات ثانویه و مدل‌سازی هم‌زمان شکست‌های درون‌دانه‌ای و بین‌دانه‌ای در رقابت با جدایش فصل مشترک ذره-الکترولیت است. با بهره‌گیری از این چارچوب و لحاظ نمودن وابستگی مقاومت شکست به متغیرهای میدانی نظیر دما و غلظت، اثر عواملی چون اندازه دانه، خواص مرزدانه‌ها و هندسه واقعی ریزساختار بر آغاز و تکامل شکست ارزیابی می‌شود. انتظار می‌رود نتایج حاصل از این پژوهش، ضمن ارتقای درک بنیادین از سازوکارهای تخریب کوپل‌شده در باتری‌های حالت‌جامد، مبنایی فیزیکی و دقیق برای طراحی کاتدهای کامپوزیتی مقاوم‌تر و پایدارتر فراهم آورد.