@article { author = {Esmizade, S. and Haftbaradaran, H. and Mossaiby, F.}, title = {The Effect of Phase Separation on Diffusion Induced Stresses in Spherical and Cylindrical Electrode Particles}, journal = {Journal of Computational Methods in Engineering}, volume = {37}, number = {1}, pages = {29-50}, year = {2022}, publisher = {Isfahan University of Technology}, issn = {22287698}, eissn = {24235741}, doi = {10.29252/jcme.37.1.29}, abstract = {Experiments have frequently shown that phase separation in lithium-battery electrodes could lead to mechanical failure, poor cycling performance, and reduced capacity. Here, a phase-field model is utilized to investigate how phase separation affects the evolution of the concentration and stress profiles within the spherical/cylindrical electrode particles, during both insertion and extraction half-cycles. To this end, the governing equations are derived and then discretized using the central finite difference method. The resulting algebraic equations are solved numerically with the aid of the Newton-Raphson method to determine both the concentration and stress fields in the electrode particles. For further verification, the results are compared against predictions of an analytical core-shell model. The results suggest that, within the range of parameters considered here, phase separation could lead to a more than five-fold increase in the maximum tensile stress at the particles surface.}, keywords = {Lithium-ion batteries,Phase separation,Phase-field model,Diffusion-induced stress}, title_fa = {اثر جدایش فازی بر تنش‌های ناشی از نفوذ در ذرات کروی و استوانه‌ای الکترودها}, abstract_fa = {آزمایش‌های بسیاری نشان داده‌اند جدایش فازی در الکترودها می‌تواند منجر به بروز خرابی‌های مکانیکی و درنتیجه کاهش عمر عملکردی باتری‌های لیتیومی شود. در این تحقیق، به‌کمک یک مدل میدان فازی، به مطالعه‌ اثر پدیده جدایش فازی بر فرایندهای نفوذ یونی، شامل شارژ و دشارژ در ذرات کروی و استوانه‌ای شکل الکترودها پرداخته می‌شود. به این منظور، ابتدا معادلات حاکم بر مسئله استخراج، و پس از گسسته‌سازی به‌کمک روش تفاضل محدود مرکزی، میدان غلظت و سپس میدان تنش از حل عددی معادلات جبری حاصل به‌روش نیوتن- رفسون تعیین می‌شوند. نتایج به‌دست آمده با نتایج تحلیلی حاصل از مدل هسته- پوسته نیز مقایسه و صحت‌سنجی می‌شود. نتایج نشان می‌دهد در محدوده پارامترهای مورد مطالعه، جدایش فازی می‌تواند منجر به افزایش بیش از پنج برابری تنش‌های کششی در سطح ذرات الکترود شود}, keywords_fa = {باتری‌های یون لیتیومی,جدایش فازی,مدل میدان فازی,تنش‌های ناشی از نفوذ}, url = {https://jcme.iut.ac.ir/article_3174.html}, eprint = {https://jcme.iut.ac.ir/article_3174_d83841cc4e151e8da4914fb8b6d504ac.pdf} }