Решается задача моделирования низкотемпературного механического поведения систем типа «пористый электрод — водный электролит», применимых в электрохимических устройствах нового поколения. Рассматриваются структуры на основе мембран пористого кремния и воды. Анализ методом дифференциальной сканирующей калориметрии показал высокую воспроизводимость температурных характеристик пиков плавления частиц льда в пористом кремнии при последовательных циклах охлаждение‒нагрев. Данный факт свидетельствует о стабильности геометрических параметров пористого кремния. Построена математическая модель прогнозирования напряженно-деформированного состояния (вплоть до предельного), возникающего при замерзании воды в условиях пространственного ограничения внутри пор кремниевой матрицы. Модель учитывает структуру материала, физико-механические характеристики и объемное содержание его компонентов. Проведенные численные модельные расчеты показали, что замерзание воды в порах при последовательных циклах охлаждение‒нагрев не оказывает разрушающего действия на рассматриваемые структуры пористого кремния, что согласуется с экспериментальными данными.
Park C.M., Kim J.H., Kim H., Sohn H.J. Li-alloy based anode materials for Li secondary batteries // Chemical Society Reviews. 2010. V. 39. P. 3115–3141. DOI: 10.1039/ b919877f
Zhu G., Luo W., Wang L., Jiang W., Yang J. Silicon: Toward eco-friendly reduction techniques for lithium-ion battery applications // Journal of Materials Chemistry A. 2019. V. 7. P. 24715–24737. DOI: 10.1039/C9TA08554H
Liu S., Hu J.J., Yan N.F., Pan G.L., Li G.R., Gao X.P. Aluminum storage behavior of anatase TiO2 nanotube arrays in aqueous solution for aluminum ion batteries // Energy & Environmental Science. 2012. V. 5. N 12. P. 9743–9746. DOI: 10.1039/C2EE22987K
Liu F., Chung H.J., Elliott J.A.W. Freezing of aqueous electrolytes in zinc—air batteries: effect of composition and nanoscale confinement // ACS Applied Energy Materials. 2018. V. 1. N 4. P. 1489–1495. DOI: 10.1021/acsaem. 7b00307
Бардушкин В.В., Кочетыгов А.А., Шиляева Ю.И., Воловликова О.В., Дронов А.А. Объемная плотность энергии деформации в системе мезопористый кремний — сорбированная вода в интервале температур 233–273 К // Тепловые процессы в технике. 2020. Т. 12. № 5. С. 225–232. DOI: 10.34759/tpt-2020-12-5-225-232
Bardushkin V., Kochetygov A., Shilyaeva Y., Volovlikova O., Dronov A., Gavrilov S. Peculiarities of low-temperature behavior of liquids confined in nanostructured silicon-based material // Nanomaterials. 2020. V. 10. Iss. 11 (2151). DOI: 10.3390/nano10112151
Domin K., Chan K.Y., Yung H., Gubbins K.E., Jarek M., Sterczynska A., Sliwinska-Bartkowiak M. Structure of ice in confinement: Water in mesoporous carbons. Journal of Chemical & Engineering Data. 2016. V. 61. P. 4252–4260. DOI: 10.1021/acs.jced.6b00607
Shilyaeva Y., Gavrilov S., Dudin A., Matyna L., Shulyat’ev A., Volkova A., Zheleznyakova A. Anodic aluminium oxide templates for synthesis and study of thermal behaviour of metallic nanowires. Surface and Interface Analysis. 2016. V. 48. P. 934–938. DOI: 10.1002/sia.5892
Шермергор Т.Д. Теория упругости микронеоднородных сред. М.: Наука, 1977. 399 с.
Колесников В.И., Яковлев В.Б., Бардушкин В.В., Сычев А.П. О прогнозировании распределений локальных упругих полей в неоднородных средах на основе обобщенного сингулярного приближения // Вестник Южного научного центра РАН. 2015. Т. 11. № 3. С. 11–17.
Бардушкин В.В., Кочетыгов А.А., Яковлев В.Б. Моделирование предельного напряженного состояния матричного композита с ориентированными волокнами при термодинамических воздействиях // Тепловые процессы в технике. 2020. Т. 12. № 3. С. 118–124. DOI: 10.34759/ tpt-2020-12-3-118-124
Паньков А.А. Методы самосогласования механики композитов. Пермь: Изд-во ПГТУ, 2008. 253 с.
Белослудов В.Р., Инербаев Т.М., Шпаков В.П., Це Д.С., Белослудов Р.В., Кавазое Е. Модули упругости и границы стабильности льдов и клатратных гидратов кубической структуры I // Рос. хим. журнал (Ж. Рос. хим. об-ва им. Д.И. Менделеева). 2001. Т. XLV. № 3. С. 45–50.
Schulson E.M. The structure and mechanical behavior of ice // JOM. 1999. V. 51. P. 21–27. DOI: 10.1007/s11837-999-0206-4
Физические величины: Справочник / Под ред. И.С. Григорьева, Е.З. Мейлихова. М.: Энергоатомиздат, 1991. 1232 с.
Чукин В.В. Физические свойства атмосферы. СПб.: СИСТЕМА, 2005, 112 с.
mai.ru — информационный портал Московского авиационного института © МАИ, 2018-2024 |