亲爱的研友该休息了!由于当前在线用户较少,发布求助请尽量完整地填写文献信息,科研通机器人24小时在线,伴您度过漫漫科研夜!身体可是革命的本钱,早点休息,好梦!

Stress effects on the initial lithiation of crystalline silicon nanowires: reactive molecular dynamics simulations using ReaxFF

雷亚克夫 材料科学 分子动力学 无定形固体 晶体硅 纳米线 化学物理 硅 相(物质) 透射电子显微镜 化学工程 纳米技术 结晶学 计算化学 化学 原子间势 有机化学 冶金 工程类
作者
Alireza Ostadhossein,Ekin D. Cubuk,Georgios A. Tritsaris,Efthimios Kaxiras,Sulin Zhang,Adri C. T. van Duin
出处
期刊:Physical Chemistry Chemical Physics [Royal Society of Chemistry]
卷期号:17 (5): 3832-3840 被引量:107
标识
DOI:10.1039/c4cp05198j
摘要

Silicon (Si) has been recognized as a promising anode material for the next-generation high-capacity lithium (Li)-ion batteries because of its high theoretical energy density. Recent in situ transmission electron microscopy (TEM) revealed that the electrochemical lithiation of crystalline Si nanowires (c-SiNWs) proceeds by the migration of the interface between the lithiated Si (LixSi) shell and the pristine unlithiated core, accompanied by solid-state amorphization. The underlying atomic mechanisms of Li insertion into c-Si remain poorly understood. Herein, we perform molecular dynamics (MD) simulations using the reactive force field (ReaxFF) to characterize the lithiation process of c-SiNWs. Our calculations show that ReaxFF can accurately reproduce the energy barriers of Li migration from DFT calculations in both crystalline (c-Si) and amorphous Si (a-Si). The ReaxFF-based MD simulations reveal that Li insertion into interlayer spacing between two adjacent (111) planes results in the peeling-off of the (111) facets and subsequent amorphization, in agreement with experimental observations. We find that breaking of the Si-Si bonds between (111)-bilayers requires a rather high local Li concentration, which explains the atomically sharp amorphous-crystalline interface (ACI). Our stress analysis shows that lithiation induces compressive stress at the ACI layer, causing retardation or even the stagnation of the reaction front, also in good agreement with TEM observations. Lithiation at high temperatures (e.g. 1200 K) shows that Li insertion into c-SiNW results in an amorphous to crystalline phase transformation at Li : Si composition of ∼4.2 : 1. Our modeling results provide a comprehensive picture of the effects of reaction and diffusion-induced stress on the interfacial dynamics and mechanical degradation of SiNW anodes under chemo-mechanical lithiation.

科研通智能强力驱动
Strongly Powered by AbleSci AI
科研通是完全免费的文献互助平台,具备全网最快的应助速度,最高的求助完成率。 对每一个文献求助,科研通都将尽心尽力,给求助人一个满意的交代。
实时播报
欢呼鼠标完成签到,获得积分10
1秒前
科研通AI6.2的应助被dd采纳,获得10
4秒前
酷酷云朵完成签到,获得积分10
5秒前
隐形曼青的应助被zhujh采纳,获得10
10秒前
14秒前
14秒前
x夏天完成签到 ,获得积分10
14秒前
玩命的芸遥完成签到,获得积分10
15秒前
简单一江完成签到,获得积分10
16秒前
20秒前
20秒前
YY完成签到,获得积分10
22秒前
zhujh完成签到,获得积分10
22秒前
Sophia完成签到 ,获得积分10
22秒前
24秒前
petrichor发布了新的文献求助10
26秒前
eily发布了新的文献求助10
26秒前
科研通AI6.4的应助被dd采纳,获得10
28秒前
29秒前
31秒前
安静皮带发布了新的文献求助10
33秒前
小鱼完成签到 ,获得积分10
33秒前
算命的完成签到,获得积分10
35秒前
wvs完成签到 ,获得积分10
35秒前
36秒前
42秒前
43秒前
46秒前
eily发布了新的文献求助30
46秒前
dd发布了新的文献求助10
46秒前
petrichor发布了新的文献求助10
47秒前
天天天晴完成签到 ,获得积分0
50秒前
54秒前
橘子侠完成签到 ,获得积分10
56秒前
59秒前
眼睛大乐巧完成签到 ,获得积分10
1分钟前
1分钟前
sweetpotato完成签到 ,获得积分10
1分钟前
执着访云完成签到,获得积分10
1分钟前
1分钟前
高分求助中
(应助此贴封号)通过应助OA文献获取积分 10000
Rosenblum, Global Change Biology 800
Organizational Behavior 510
Arbitrage Theory in Discrete and Continuous Time 500
English Longitudinal Study of Ageing: Waves 0-11, 1998-2024 300
2026-2030年中國基因檢測行業市場前瞻與未來投資戰略分析報告 300
Geschichtliche Grundbegriffe (GGB), Band 5: Pro–Soz 300
热门求助领域 (近24小时)
化学 材料科学 医学 生物 计算机科学 工程类 纳米技术 有机化学 化学工程 内科学 物理 生物化学 复合材料 催化作用 细胞生物学 人工智能 心理学 无机化学 基因 遗传学
热门帖子
关注 科研通微信公众号,转发送积分 7828062
求助须知:如何正确求助?哪些是违规求助? 9353361
关于积分的说明 20572839
捐赠科研通 7420981
什么是DOI,文献DOI怎么找? 3335718
关于科研通互助平台的介绍 2480551
邀请新用户注册赠送积分活动 2356205