مشکلات کار با نانوذرات

وقتی صحبت از طراحی باتری ها می شود، می خواهیم شارژ را به حداکثر برسانیم و در عین حال حجم و وزن را به حداقل برسانیم. استفاده از نانوذرات می تواند به دستیابی به این اهداف کمک کند. با این حال، همانطور که من در یکی از وب سایت های مورد علاقه ام Phys.org مطالعه می کردم، کنترل خواص مواد هنگام کار با نانوساختارها بسیار دشوار است .

استفاده از سیلیکون به عنوان ماده الکترود در باتری های لیتیوم یونی

در باتری لیتیوم یونی ، گرافیت معمولاً به عنوان ماده ای برای الکترود منفی (در هنگام تخلیه) استفاده می شود. این مقاله تحقیقات انجام شده توسط گروهی از دانشگاه استنفورد را توصیف می کند که در عوض از سیلیکون به عنوان ماده الکترود استفاده می کند. چرا؟ سیلیکون می تواند تا ده برابر گرافیت شارژ نگه دارد.

محققان امیدوارند باتری‌های لیتیوم یونی تولید کنند که دارای دو برابر چگالی انرژی نسبت به باتری‌های امروزی باشد. با این حال، در این اندازه‌ها، سیلیکون ماده‌ای بسیار شکننده‌تر و شکننده‌تر از گرافیت است و از شارژ و دشارژ مورد نیاز چنین باتری‌هایی دوام نمی‌آورد.

کار با نانوذرات در COMSOL Multiphysics®

علاوه بر مسائل ذکر شده در بالا، مدل‌سازی نانوذرات نیز می‌تواند دشوار باشد. مثال زیر ذره ای معمولی را نشان می دهد که گروه تحقیقاتی پروفسور ژو در دانشگاه ایندیانا-دانشگاه پردو (IUPU)، ایندیاناپولیس، می خواستند آن را در باتری لیتیوم یون خود مدل کنند. آنها توانستند از تصویری از این نانوذره یک شبکه بسازند و آن را در نرم افزار COMSOL Multiphysics® بیاورند. بعد چه اتفاقی می افتد؟ چگونه قسمت های مختلف ذره را تعریف می کنید؟