Modeling of coupled behavior of multifunctional composite structures for energy storage
Tezin Türü: Doktora
Tezin Yürütüldüğü Kurum: Orta Doğu Teknik Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi, Havacılık Ve Uzay Mühendisliği Bölümü, Türkiye
Tezin Onay Tarihi: 2024
Tezin Dili: İngilizce
Öğrenci: İMREN UYAR YAZICI
Danışman: Ercan Gürses
Açık Arşiv Koleksiyonu: AVESİS Açık Erişim Koleksiyonu
Özet:Bu çalışma, mekanik yük taşımanın yanı sıra bir pil hücresi olarak işlev görebilen, mikro ölçekte yapılandırılmış çok işlevli bir kompozit malzemenin çoklu fizik modellemesi için bir çerçeve sunmaktadır. Mikroyapı, çok ince bir katı elektrolit kaplaması ile çevrili tek bir karbon lifinden oluşmakta ve lityumu enterkale edebilen aktif parçacıklar içeren gözenekli bir polimer matris içine gömülmüştür. Dolayısıyla, kompozit yapı farklı elektrokimyasal durumlar (şarj-deşarj) altında elektro-kemo-elastik davranışı taklit etmektedir. Bu durumlarda, lityum iyon hareketi nedeniyle hacimde bir şişme gözlemlenir ki bu, termal yük altında saf hacim genleşmesinin üretildiği ısı genleşmesine çok benzer. İlk adım, elektrokimyasal ve elastik ortamların birleştirilmiş sonlu eleman simülasyonunu araştırmaya odaklanmaktadır. Yapısal bir bataryanın fiber bölgesinin birleştirilmiş davranışını simüle ettikten sonra, analiz lif bölgesindeki çatlak oluşumu ile birleştirilmiştir. Fiber yüzeyinde yüksek konsantrasyon gradyanı nedeniyle mekanik gerilmeler gelişir ve bu da fiberde çatlakların başlamasına ve büyümesine yol açabilir. Yapıdaki çatlak gelişimi, fiberlerin mekanik özelliklerinde azalmaya ve lityum iyonlarının difüzyonunu azaltarak bataryanın şarj özelliklerinde düşüşe neden olur. Bağlı sistemin hasar mekanizmalarını anlamak için, üç farklı çatlak mekanizmasını (Merkezi Çatlak, Yay Çatlağı ve T-Çatlağı) modellemek amacıyla bağlı sisteme bir faz alanı kırılma modeli uygulanmıştır. Her yapılandırma için gerilme dağılımı ve çatlak büyüme davranışı incelenmiş, her bir çatlak tipinin kendine özgü özellikleri ve yayılma mekanizmaları vurgulanmıştır.