МОДЕЛИРОВАНИЕ ТРЕХМЕРНОГО ТВЕРДОТЕЛЬНОГО ЭЛЕКТРОЛИТА СО СЛЯБ ГЕОМЕТРИЕЙ

УДК 531.19

  • Ласовский Руслан Николаевич – кандидат физико-математических наук, доцент кафедры механики и конструирования. Белорусский государственный технологический университет (220006, г. Минск, ул. Свердлова, 13а, Республика Беларусь). E-mail: lasovsky@tut.by

  • Гапанюк Дмитрий Владимирович – кандидат физико-математических наук, доцент кафедры механики и конструирования. Белорусский государственный технологический университет (220006, г. Минск, ул. Свердлова, 13а, Республика Беларусь). E-mail: gapdm@mail.ru

  • Грода Ярослав Геннадьевич – кандидат физико-математических наук, доцент, доцент кафедры механики и конструирования. Белорусский государственный технологический университет (220006, г. Минск, ул. Свердлова, 13а, Республика Беларусь). E-mail: groda@belstu.by

Ключевые слова: твердотельный электролит, межзеренная граница, электрод, метод МонтеКарло, суммирование Эвальда, электропроводность, профиль концентрации.

Для цитирования: Ласовский, Р. Н. Моделирование трехмерного твердотельного электролита со сляб геометрией / Р. Н. Ласовский, Д. В. Гапанюк, Я. Г. Грода // Труды БГТУ. Сер. 3, Физико-математические науки и информатика. - Минск : БГТУ, 2020. - № 1 (230). - С. 26-31.

Аннотация

Рассматривается трехмерная модель твердотельного электролита со сляб геометрией, содержащей зерно и межзеренную прослойку, описываемую слоями, которые характеризуются дополнительными межузловыми энергетическими барьерами. Взаимодействие между подвижными ионами принимается состоящим из дальнодействующего электростатического отталкивания и короткодействующего притяжения. Система находится между двумя противоположно заряженными электродами. Выполняется моделирование описанной системы по методу МонтеКарло. При этом кулоновская энергия определяется суммированием по методу Эвальда с добавлением дополнительных «вакуумных областей» с обеих сторон сляба. Исследуется профиль концентрации подвижных ионов при различных условиях. Сопоставление результатов с аналитическими вычислениями показывает их количественное расхождение в пределах 15%.

Скачать

Список литературы

  1. Solid Oxide Fuel Cells: Materials Properties and Performance / J. Zhang [et al.] // CRC Press. 2016. 298 p.
  2. High-Energy All-Solid-State Lithium Batteries with Ultralong Cycle Life / X. Yao [et al.] // Nano Lett. 2016. Vol. 16, no. 11. P. 7148–7154.
  3. Ласовский Р. Н., Бокун Г. С., Вихренко В. С. Диаграммное приближение для неравновесных и неоднородных состояний решеточных систем // Труды БГТУ. Сер. VI, Физ.-мат. науки и информатика. 2010. Вып. XVII. C. 59–62.
  4. Nanostructurization caused by first order phase transitions in systems with hopping dynamics / G. S. Bokun [et al.] // Solid State Ionics. 2013. Vol. 251. P. 51–54.
  5. Unusual properties of a model of an intergrain boundary in solid oxide ceramic electrolytes / G. S. Bokun [et al.] // Solid State Ionics. 2017. Vol. 302. P. 25–29.
  6. Ласовский Р. Н., Гапанюк Д. В., Пацаган Т. Н. Моделирование трехмерного керамического электролита с межзеренной границей // Труды БГТУ. Сер. 3, Физ.-мат. науки и информатика. 2019. № 1. C. 15–19.
  7. Allen M. P., Tildesley D. J. Computer simulation of liquids. New York: Clarendon Press, 1989. 385 p.
  8. Frenkel D., Smit B. Understanding Molecular Simulation. San Diego: Academic Press, 2002. 638 p.
  9. Yeh C., Berkowitz M. L. Ewald summation for systems with slab geometry // J. Chem. Phys. 1999. Vol. 111. P. 3155–3162.
  10. Santos A., Girotto M., Levin Y. Simulations of Coulomb systems with slab geometry using an efficient 3D Ewald summation method // J. Chem. Phys. 2016. Vol. 144. Art. 144103.
  11. The effect of short-range interaction and correlations on the charge and electric field distribution in a model solid electrolyte / Т. Patsahan [et al.] // Solid State Ionics. 2019. Vol. 335. P. 156–163.
Поступила 23.11.2019