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Topology-enhanced mechanical stability of swelling nanoporous electrodes

npj Computational Materials 2023年第1期9卷 1161-1175页

作者： benjamin e.grossman-ponemon Ataollah Mesgarnejad Alain Karma Center for Interdisciplinary Research on Complex Systems Department of PhysicsNortheastern UniversityBostonMA 02115USA School of engineering Brown UniversityProvidenceRI 02912USA

Materials like silicon and germanium offer a 10-fold improvement in charge capacity over conventional graphite anodes in lithium-ion batteries but experience a roughly threefold volume increase during lithiation,which challenges ensuring battery *** silicon,created by liquid-metal-dealloying,is a potentially attractive anode design to mitigate this challenge,exhibiting both higher capacity and extended cycle ***,how nanoporous structures accommodate the large volume change is ***,we address this question by using phase-field modeling to produce nanoporous particles and to investigate their elastoplastic swelling behavior and *** simulations show that enhanced mechanical stability results from the network topology consisting of ligaments connected by bulbous,sphere-like *** ligaments forcefully resist elongation while the nodes,behaving like isolated spherical particles,experience large stresses driving ***,being smaller compared to a sphere of the same volume as the entire nanoporous particle,the nodes are more protected against fracture.

关键词： swelling stability attractive

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