Nghiên cứu ứng xử cơ học vật liệu hai chiều và kết cấu silicon làm cực âm ắc quy ion lithium

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI NGUYỄN HỮU TÚ NGHIÊN CỨU ỨNG XỬ CƠ HỌC VẬT LIỆU HAI CHIỀU VÀ KẾT CẤU SILICON LÀM CỰC ÂM ẮC QUY ION LITHIUM LUẬN ÁN TIẾN SĨ CƠ HỌC Hà Nội - 2019 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI Nguyễn Hữu Tú NGHIÊN CỨU ỨNG XỬ CƠ HỌC VẬT LIỆU HAI CHIỀU VÀ KẾT CẤU SILICON LÀM CỰC ÂM ẮC QUY ION LITHIUM Ngành: Cơ học Mã số: 9440109 LUẬN ÁN TIẾN SĨ CƠ HỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: Hướng dẫn khoa học 1: PGS.TS Lê Minh Quý Hướng dẫn khoa học 2: TS Trần Đình Long Hà Nội - 2018 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan toàn nội dung, kết trình bày luận án kết nghiên cứu thân hướng dẫn khoa học PGS.TS Lê Minh Quý TS Trần Đình Long Trừ phần tham khảo ghi rõ luận án, số liệu, kết nêu luận án trung thực chưa cơng bố cơng trình khác Hà Nội, ngày Thay mặt tập thể hướng dẫn PGS.TS Lê Minh Quý tháng năm 2019 Nguyễn Hữu Tú LỜI CẢM ƠN Tơi xin bày tỏ lịng biết ơn sâu sắc tới tập thể hướng dẫn: PGS.TS Lê Minh Quý TS Trần Đình Long trực tiếp hướng dẫn thực luận án Trong thời gian làm NCS, bảo giúp đỡ thầy, trưởng thành nhiều lĩnh vực nghiên cứu khoa học Thầy hướng dẫn tận tình bảo tơi, giải đáp tháo gỡ khúc mắc liên quan; đồng thời thầy hướng dẫn người đường, dẫn lối để tơi hết quãng thời gian làm NCS Tôi xin trân trọng cảm ơn tập thể cán giảng viên Bộ môn Cơ học vật liệu kết cấu, Viện Cơ khí Trường Đại học Bách khoa Hà Nội tạo điều kiện thuận lợi để thực luận án Tôi xin chân thành cảm ơn đồng chí đồng đội, tồn thể cán giáo viên Khoa Khoa học Cơ bản, Học viện Hậu Cần; cảm ơn lãnh đạo cấp Học Viện Hậu Cần ủng hộ, giúp đỡ tạo điều kiện để làm NCS trường Đại học Bách Khoa Hà Nội Tơi muốn bày tỏ biết ơn đến Ban Giám hiệu, Phịng Đào tạo, Viện khí Trường Đại Học Bách khoa Hà Nội tạo điều kiện thuận lợi để tơi hồn thành luận án Cuối tơi gửi lời cảm ơn tới gia đình ủng hộ tạo điều kiện để có thời gian làm nghiên cứu Để hồn thành luận án vợ gia đình tơi động viên giúp đỡ nhiều mặt; gia đình hậu phương vững chắc, động lực để giúp tơi hồn thành luận án tiến sĩ MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN LỜI CẢM ƠN DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT DANH MỤC BẢNG BIỂU DANH MỤC HÌNH VẼ MỞ ĐẦU 13 CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ VẬT LIỆU LÀM CỰC ÂM 15 ẮC QUY ION LITHIUM 15 1.1 Sự đời phát triển ắc quy ion lithium 15 1.2 Cấu tạo nguyên lý hoạt động ắc quy ion lithium 15 1.2.1 Cấu tạo ắc quy ion lithium 15 1.2.2 Nguyên lý hoạt động ắc quy ion lithium 16 1.3 Vật liệu làm cực âm ắc quy ion lithium 17 1.3.1 Các bon 18 1.3.2 Kim loại, xít kim loại hợp kim 20 1.3.3 Silicon nguyên tố thuộc nhóm IV 21 1.3.4 Vật liệu hai chiều (2D) 24 1.4 Kết luận chương 25 CHƯƠNG CƠ SỞ LÝ THUYẾT 26 2.1 Cấu trúc vật liệu hai chiều 26 2.2 Thế tương tác nguyên tử 28 2.2.1 Hàm Tersoff 29 2.2.2 Hàm Stillinger-Weber 30 2.3 Phương pháp phần tử hữu hạn nguyên tử 31 2.3.1 Giới thiệu phương pháp phần tử hữu hạn nguyên tử 31 2.3.2 Xây dựng hệ phương trình phần tử hữu hạn nguyên lý toàn phần cực tiểu 32 2.4 Cơ học phá hủy 34 2.5 Đặc trưng học cực âm sạc xả điện 39 2.5.1 Biến dạng cực âm dòng khuếch tán ion lithium 39 2.5.2 Sự tương tự toán nhiệt toán khuếch tán 41 2.6 Kết luận chương 42 CHƯƠNG MÔ PHỎNG ỨNG XỬ CƠ HỌC VẬT LIỆU HAI CHIỀU 43 3.1 Các phương pháp tính hệ số cường độ ứng suất 43 3.2 Kéo màng nguyên 44 3.2.1 Sử dụng hàm Tersoff 44 3.2.2 Sử dụng hàm Stillinger-Weber 46 3.3.1 Kéo màng có vết nứt cạnh với hàm Stillinger-Weber 54 3.3.2 Trường chuyển vị với hàm Tersoff 56 3.3.3 Trường chuyển vị với hàm Stillinger-Weber 59 3.4 Kết luận chương 64 CHƯƠNG MÔ PHỎNG ỨNG XỬ CƠ HỌC KẾT CẤU HẠT CẦU, TRỤ VÀ ĐĨA MỎNG SILICON DÙNG LÀM CỰC ÂM ẮC QUY ION LITHIUM 65 4.1 Mơ hình tốn 65 4.2 Thông số vật liệu 66 4.3 Chia lưới phần tử kiểm chứng mơ hình 67 4.4 Kết mô thảo luận 69 4.5 Kết luận chương 82 CHƯƠNG MÔ PHỎNG ỨNG XỬ CƠ HỌC KẾT CẤU SILICON BỌC VÀO TRỤ ĐỒNG KÍCH CỠ NANO MÉT DÙNG LÀM CỰC ÂM ẮC QUY ION LITHIUM 84 5.1 Mô hình tốn thơng số vật liệu 84 5.1.1 Mơ hình toán 84 5.1.2 Thông số vật liệu 85 5.2 Kết mô thảo luận trình sạc điện kết cấu Si bọc trụ Cu kích cỡ nano mét 86 5.2.1 Kết cấu khơng có góc lượn đỉnh trụ Si 86 5.2.2 Kết cấu Si bọc vào trụ Cu có lượn góc phần đỉnh trụ Si 92 5.2.3 Kết mô kết cấu Si bọc trụ Cu khơng có dịng ion lithium đỉnh trụ 98 5.3 Kết luận chương 100 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 102 KẾT LUẬN 102 KIẾN NGHỊ 103 DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT 2D AC AFEM b-M Hai chiều Armchair Phương pháp phần tử hữu hạn nguyên tử Vật liệu hai chiều cấu trúc lục giác low-buckled, M ký hiệu nguyên tố nhóm IV nhóm V b-MX Vật liệu hai chiều cấu trúc lục giác low-bukled với M X ký hiệu hai nguyên tố khác nhau: M X ký hiệu hai nguyên tố nhóm IV; M ký hiệu nguyên tố nhóm III X ký hiệu nguyên tố nhóm V; M ký hiệu nguyên tố nhóm IV X ký hiệu nguyên tố nhóm VI CNT Ống nano bon D Hệ số khuếch tán, nm2s-1 DFT Lý thuyết phiếm hàm mật độ (density functional theory) E Mô đun đàn hồi FEM Phương pháp phần tử hữu hạn ID Chỉ số tách lớp J Dòng sạc J , J c Dịng sạc khơng thứ ngun, dịng sạc khơng thứ ngun tới hạn Hệ số cường độ ứng suất KI KIc Hệ số cường độ ứng suất tới hạn MD Động lực học phân tử NCS Nghiên cứu sinh R/A Bán kính khơng thứ ngun S-W Y t Z/A ZZ σ σf σeq σy ν ε εp τ=t/tmax BN Si SiC Cmax Stillinger-Weber Mô đun đàn hồi Chiều dày màng Chiều cao không thứ nguyên Zigzag Ứng suất Ứng suất kéo đứt Ứng suất tương đương Von - Mises Ứng suất dẻo Hệ số Poisson Biến dạng Biến dạng dẻo Thời gian sạc không thứ nguyên Boron Nitride Silicon Silicon carbide Nồng độ lớn DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 3.1 Thơng số loại màng dùng tính tốn với hàm Tersoff 44 Bảng 3.2 Đặc trưng học màng nghiên cứu (ZZ AC hai phương ZZ AC tương ứng Hướng kéo định dấu ngoặc đơn) 45 Bảng 3.3 Thông số hình học vật liệu có cấu trúc lục giác low-buckled Thông số lấy theo tài liệu tham khảo [123] 46 Bảng 3.3 (tiếp) 47 Bảng 3.4 Thông số vật liệu liên kết thẳng cho hàm Stillinger-Weber 47 Bảng 3.4 (tiếp) 48 Bảng 3.5 Thơng số hàm Stillinger-Weber cho liên kết góc vật liệu 48 Bảng 3.6 Kết kéo màng đơn lớp, với 4032 nguyên tử Sử dụng hàm S-W 53 Bảng 3.7 Giá trị tới hạn hệ số tập trung ứng suất KIc 58 Bảng 3.8 Kết tính hệ số cường độ ứng suất vật liệu có cấu trúc lục giác low-buckled Trong kích thước vết nứt cạnh a0/W≈0.1; trường chuyển vị a0/W≈1/2 63 Bảng 4.1 Thông số dùng mô trình sạc điện cực âm Si với kết cấu dạng hình cầu, trụ đĩa Si có bán kính A 81 DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1 Cấu tạo ắc quy ion lithium 16 Hình 1.2 Cấu trúc xít kim loại CNT dùng làm cực âm: a) MnO2 phủ CNT; b) Cấu trúc chiều CuO-CNT; c) MnO2 dạng nhũ hoa CNT (nguồn: [33]) 19 Hình 1.3 a) Sự hình thành sợi nano Si phương pháp khắc bạc; b) Mặt cắt cấu trúc sợi nano Si; c) Hình ảnh sợi nano Si tạo thành từ Si (100); d) Bề mặt tiếp xúc tâm mặt sợi nano Si (nguồn: [55]) 21 Hình 1.4 a) Hạt Si chưa có ion lithium khuếch tán vào, hạt chưa có trường ứng suất; b) Khi có dịng ion lithium khuếch tán vào tạo thành trường ứng suất (nguồn: [60]) 22 Hình 1.5 Kết cấu mỏng Si phủ lên điện cực Cu: a) Kết cấu khơng phân rãnh; b) Kết cấu phủ tồn Si lên điện cực; c) Kết cấu phủ Si lên phần rãnh (nguồn: [63]) 23 Hình 1.6 Cấu trúc Si bọc trụ Cu kích cỡ nano mét 23 Hình 1.7 Cấu trúc Si bọc vào trụ Cu dạng kim: a) Trụ Cu; b) Si bọc lên trụ Cu; c) Hình ảnh kết cấu bên Cu, bên ngồi Si (nguồn:[67]) 24 Hình 2.1 Cấu trúc lục giác vật liệu 2D: a) Cấu trúc lục giác phẳng; b) Cấu trúc lục giác low-buckled 26 Hình 2.2 CNT màng graphene (Nguuồn:[73]) 27 Hình 2.3 Màng ống BN: a) Màng BN; b) Ống BN (Nguồn:[75]) 28 Hình 2.4 Mơ hình phần tử sử dụng hàm Stillinger-Weber: a) Liên kết thẳng; b) Liên kết góc 30 Hình 2.5 Mơ hình phần tử sử dụng hàm Tersoff: a) Phần tử nút; b) Phần tử nút 33 Hình 2.6 Mơ hình vết nứt a) Vết nứt phát triển theo dạng I, b) Vết nứt phát triển theo dạng II, c) Vết nứt phát triển theo dạng III 34 Hình 2.7 Nguyên tử đầu vết nứt nguyên tử lân cận liên kết với 35 Hình 2.8 Quan hệ ứng suất kéo đơn trục biến dạng lên kết đầu vết nứt (nguồn [135]), a0 chiều dài vết nứt, r chiều dài liên kết d số mạng Trái) Màng có vết nứt cạnh bên chịu kéo theo phương AC; Phải) Màng có vết nứt cạnh bên chịu kéo theo phương ZZ 35 Hình 2.9 Trường chuyển vị đầu vết nứt (những nguyên tử màu xanh có chuyển vị theo công thức (2.19a) (2.19b) a) Vết nứt dọc theo phương zigzag; b) Vết nứt dọc theo phương armchair 38 Hình 3.1 Quan hệ ứng suất biến dạng kéo Trái) Kéo màng Silicene; Phải) Kéo màng AlN 44 Hình 3.2 Hình ảnh kéo màng AlN: a) Kéo theo phương zigzag ε=23.93 %; b) Kéo theo phương AC ε=17.73 % Biến dạng ứng suất lớn 23.89 % 17.72 % kéo theo phương zigzag armchair tương ứng 46 Hình 3.3 Quan hệ ứng suất biến dạng màng sử dụng hàm Stillinger-Weber kéo Silicene 49 Hình 3.4 Quan hệ ứng suất biến dạng vật liệu nhóm III nhóm IV có cấu trúc lục giác low-buckled sử dụng hàm Stillinger-Weber kéo: a) Kéo theo phương armchair; b) Kéo theo phương zigzag 50 Hình 3.5 Quan hệ ứng suất biến dạng vật liệu nhóm V có cấu trúc lục giác lowbuckled sử dụng hàm Stillinger-Weber kéo: a) Kéo theo phương armchair; b) Kéo theo phương zigzag 50 Hình 3.6 Quan hệ ứng suất biến dạng vật liệu b-GeM có cấu trúc lục giác lowbuckled sử dụng hàm Stillinger-Weber kéo, M ký hiệu vật liệu nhóm VI: a) Kéo theo phương armchair; b) Kéo theo phương zigzag 50 Hình 3.7 Quan hệ ứng suất biến dạng vật liệu b-SiM có cấu trúc lục giác low-buckled sử dụng hàm Stillinger-Weber kéo, M vật liệu nhóm IV nhóm VI: a) Kéo theo phương armchair; b) Kéo theo phương zigzag 51 Hình 3.8 Quan hệ ứng suất biến dạng vật liệu b-SnM có cấu trúc lục giác low-buckled sử dụng hàm Stillinger-Weber kéo, M ký hiệu vật liệu nhóm IV nhóm VI: a) Kéo theo phương armchair; b) Kéo theo phương zigzag 51 Hình 3.9 Quan hệ ứng suất biến dạng vật liệu b-InM có cấu trúc lục giác low-buckled sử dụng hàm Stillinger-Weber kéo, M ký hiệu vật liệu nhóm V: a) Kéo theo phương armchair; b) Kéo theo phương zigzag 51 Hình 3.10 Quan hệ ứng suất biến dạng vật liệu b-CM có cấu trúc lục giác lowbuckled sử dụng hàm Stillinger-Weber kéo, M ký hiệu vật liệu nhóm VI: a) Kéo theo phương armchair; b) Kéo theo phương zigzag 52 Hình 3.11 Quan hệ ứng suất biến dạng vật liệu b-XM có cấu trúc lục giác lowbuckled sử dụng hàm Stillinger-Weber kéo, X ký hiệu vật liệu nhóm III, M ký hiệu vật liệu nhóm V: a) Kéo theo phương armchair; b) Kéo theo phương zigzag 52 Hình 3.12 Màng có vết nứt: a) Màng với 13376 nguyên tử vết nứt song song phương zigzag; b) Màng có 12264 nguyên tử, vết nứt song song phương armchair 54 Hình 3.13 Kết kéo màng nguyên có vết nứt cạnh: a) Màng germanene; b) Màng bbismuthene 54 Hình 3.14 Phá hủy màng Germanene kéo màng có vết nứt cạnh: a) Vết nứt song song với phương armchair, kéo theo phương zigzag, ε = 0.068, σft = 2.86 N/m; b) Vết nứt song song với phương zigzag, kéo theo phương armchair, ε = 0.066, σft = 2.92 N/m 55 Hình 3.15 Phá hủy màng bismuthene kéo màng có vết nứt: a) Màng b-bismuthene 12264 nguyên tử, vết nứt song song với phương armchair, kéo theo phương zigzag, σft = 1.80 N/m, ε = 0.073; b) Màng b-bismuthene 13376 nguyên tử, vết nứt song song với phương zigzag, kéo theo phương armchair, σft=2.07 N/m, ε = 0.078 55 Hình 3.16 Quan hệ hệ số cường độ ứng suất biến dạng liên kết đầu vết nứt: a) Màng silicene; b) Màng AlN 56 Hình 3.17 Quan hệ hệ số cường độ ứng suất biến dạng liên kết đầu vết nứt: a) Màng SiC; b) Màng BN 56 Hình 3.18 Quan hệ hệ số cường độ ứng suất biến dạng liên kết đầu vết nứt màng graphene 57 Hình 3.19 Hình ảnh đầu vết nứt kéo màng AlN vết nứt dọc theo phương zigzag: a) Biến dạng đầu vết nứt εb=18.2 %, KIc=1.20 MPa m ; b)εb=116.5 %, KIc=1.209 MPa m c) εb=250 %, KIc=1.21 MPa m Liên kết đầu vết nứt màu đỏ, liên kết bị đứt đường đứt 57 - Trong kết cấu, vị trí điểm Q (hình 5.2 5.3) có biến dạng dẻo lớn Tại đây, có chèn ép Si phần trụ phần chân đế Với nội dung chương 5, công bố 01 Hội thảo Quốc tế tuyển tập Springer (thuộc danh mục SCOPUS), 02 báo Hội nghị Cơ học tồn quốc (có số ISBN), 01 báo Hội nghị Cơ học vật rắn biến dạng (có số ISBN) 01 báo Tạp chí Cơ khí Việt Nam 101 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ KẾT LUẬN Luận án với bố cục gồm chương, chương luận án trình bày kết nghiên cứu tính phá hủy số vật liệu hai chiều, mơ q trình sạc điện cực âm Si vơ định hình Luận án đạt kết sau: 1) Luận án trình bày cấu tạo, nguyên lý hoạt động ắc quy ion lithium Phân tích nghiên cứu nhiều nhà khoa học giới ắc quy loại Từ đó, xác định đối tượng nghiên cứu luận án là: vật liệu có tiềm dùng làm cực âm ắc quy, bao gồm vật liệu cấu trúc lục giác phẳng cấu trúc lục giác lowbuckled; trình học xảy số kết cấu cực âm làm từ vật liệu Si vơ định hình 2) Những sở khoa học luận án trình bày chương Phương pháp phần tử hữu hạn nguyên tử sử dụng để xác định tính vật liệu cấu trúc hai chiều có tiềm dùng làm cực âm ắc quy; phương pháp mô số áp dụng để mô trình sạc điện ắc quy ion lithium với cực âm làm từ Si vơ định hình 3) Sử dụng hàm Tersoff phương pháp phần tử hữu hạn nguyên tử xác định thông số học loại vật liệu: graphene, BN, SiC, AlN silicene Đặc biệt, xác định hệ số cường độ ứng suất màng làm từ loại vật liệu 4) Sử dụng hàm Stillinger-Weber phương pháp phần tử hữu hạn nguyên tử, thông số học 31 vật liệu có cấu trúc lục giác low-buckled giống silicene xác định Kết nghiên cứu so sánh với kết nghiên cứu tác giả khác so sánh với kết thí nghiệm Hệ số cường độ ứng suất 31 vật liệu xác định thông qua hai phương pháp: phương pháp trường chuyển vị đầu vết nứt phương pháp xác định hệ số cường độ ứng suất thông qua kéo màng có vết nứt cạnh Kết xác định hệ số cường độ ứng suất hai phương pháp cho sai số nhỏ, kết đáng tin cậy 5) Quá trình sạc điện cực âm ắc quy ion lithium làm từ Si bọc vào trụ Cu kích cỡ nano mét mơ với nhiều điều kiện, nhiều thông số khác Kết mô mối quan hệ thông số học với thông số sạc điện như: quan hệ ứng suất, biến dạng, biến dạng dẻo, phân bố nồng độ ion lithium, trình tách lớp với dòng sạc, thời gian sạc hệ số khuếch tán ion lithium vào cực âm Những kết nhận xét, đánh giá lưu ý thiết kế chế tạo ắc quy ion lithum với cực âm làm từ Si bọc vào trụ Cu kích cỡ nano mét 6) Quá trình sạc điện vào cực âm Si với kết cấu hạt cầu, trụ dài đĩa mỏng Si mô với nhiều tốc độ sạc khác Với điều kiện sạc, kết cấu đĩa mỏng Si có hiệu suất sạc cao nhất, ứng suất biến dạng dẻo nhỏ Đặc biệt, kết nghiên cứu cịn xác định dịng sạc khơng thứ nguyên tới hạn J C kết cấu hạt cầu kết cấu đĩa Si Với dòng sạc nhỏ dòng sạc tới hạn, kết cấu hạt cầu đĩa Si làm việc miền đàn hồi Quan hệ dịng sạc khơng thứ ngun J mật độ dòng điện chiều xác định 102 KIẾN NGHỊ Dựa kết nghiên cứu luận án, đề xuất hướng nghiên cứu như: - Xác định tính vật liệu có cấu trúc khác cấu trúc silicene, vật liệu có tiềm dùng làm cực âm ắc quy - Mơ q trình sạc điện với dòng sạc hệ số khuếch tán ion lithium hàm số phụ thuộc thời gian dung lượng ắc quy - Mơ q trình sạc xả điện với nhiều chu kỳ khác - Thiết kế, đề xuất cấu trúc cực âm làm từ Si tạo hệ ắc quy sớm đưa ắc quy có cực âm làm Si vào thị trường 103 Tài liệu tham khảo [1] [2] [3] [4] [5] [6] [7] [8] [9] [10] [11] [12] [13] [14] [15] [16] [17] Whittingham, M (1976) Electrical Energy Storage and Intercalation Chemistry Vol 192 1126-7 Fletcher, S (2011) Bottled lightning: superbatteries, electric cars, and the new lithium economy Hill and Wang Kirchhoff and Bunsen (1861) XXIV.—On chemical analysis by spectrumobservations Quarterly Journal of the Chemical Society of London, 13 (3): pp 270-289 DOUBLET, M.-L (2009) Batteries Li-ion-Conception théorique Glaize, C and S Genies (2013) Lithium batteries and other electrochemical storage systems Wiley Online Library Whittingham, M.S (2004) Lithium batteries and cathode materials Chemical reviews, 104 (10): pp 4271-4302 Ellis, B.L., K.T Lee, and L.F Nazar (2010) Positive electrode materials for Li-ion and Li-batteries Chemistry of materials, 22 (3): pp 691-714 Zhang, X., E Sahraei, and K Wang (2016) Li-ion battery separators, mechanical integrity and failure mechanisms leading to soft and hard internal shorts Scientific reports, 6: pp 32578 Noel, M and V Suryanarayanan (2002) Role of carbon host lattices in Li-ion intercalation/de-intercalation processes Journal of power sources, 111 (2): pp 193-209 Dahn, J.R., et al (1995) Mechanisms for lithium insertion in carbonaceous materials Science, 270 (5236): pp 590-593 Mahmood, N., T Tang, and Y Hou (2016) Nanostructured anode materials for lithium ion batteries: progress, challenge and perspective Advanced Energy Materials, (17): pp 1600374 Li, X., et al (2016) Electrospun Carbon-based Nanostructured Electrodes for Advanced Energy Storage-A Review Vol Balogun, M.-S., et al (2016) A review of the development of full cell lithiumion batteries: The impact of nanostructured anode materials Nano research, (10): pp 2823-2851 Reddy, M.V., G.V Subba Rao, and B.V.R Chowdari (2013) Metal Oxides and Oxysalts as Anode Materials for Li Ion Batteries Chemical Reviews, 113 (7): pp 5364-5457 Park, C.-M., et al (2010) Li-alloy based anode materials for Li secondary batteries Chemical Society Reviews, 39 (8): pp 3115-3141 Li, X., et al (2016) Electrospun carbon-based nanostructured electrodes for advanced energy storage–a review Energy Storage Materials, 5: pp 58-92 Obrovac, M., et al (2007) Alloy design for lithium-ion battery anodes Journal of The Electrochemical Society, 154 (9): pp A849-A855 104 [18] [19] [20] [21] [22] [23] [24] [25] [26] [27] [28] [29] [30] [31] Obrovac, M and L Christensen (2004) Structural changes in silicon anodes during lithium insertion/extraction Electrochemical and Solid-State Letters, (5): pp A93-A96 Nitta, N., et al (2015) Li-ion battery materials: present and future Materials today, 18(5): pp 252-264 Yoo, E., et al (2008) Large reversible Li storage of graphene nanosheet families for use in rechargeable lithium ion batteries Nano letters, (8): pp 2277-2282 Maurin, G., et al (1999) Electrochemical intercalation of lithium into multiwall carbon nanotubes Chemical physics letters, 312 (1): pp 14-18 Beguin, F., et al (2000) Lithium insertion in carbon nanotubes Molecular Crystals and Liquid Crystals Science and Technology Section A Molecular Crystals and Liquid Crystals, 340 (1): pp 547-552 Lahiri, I and W Choi (2013) Carbon nanostructures in lithium ion batteries: past, present, and future Critical Reviews in Solid State and Materials Sciences, 38 (2): pp 128-166 Zhang, Y., et al (2006) Composite anode material of silicon/graphite/carbon nanotubes for Li-ion batteries Electrochimica Acta, 51 (23): pp 4994-5000 Eom, J., et al (2006) Electrochemical insertion of lithium into multiwalled carbon nanotube/silicon composites produced by ballmilling Journal of The Electrochemical Society, 153 (9): pp A1678-A1684 Rong, J., et al (2010) Tandem structure of porous silicon film on singlewalled carbon nanotube macrofilms for lithium-ion battery applications ACS nano, (8): pp 4683-4690 Fu, Y., et al (2009) Preparation and characterization of SnO2/carbon nanotube composite for lithium ion battery applications Materials Letters, 63 (22): pp 1946-1948 Zhang, H.X., et al (2009) Cross‐Stacked Carbon Nanotube Sheets Uniformly Loaded with SnO2 Nanoparticles: A Novel Binder‐Free and High‐Capacity Anode Material for Lithium‐Ion Batteries Advanced Materials, 21 (22): pp 2299-2304 Li, H., P Balaya, and J Maier (2004) Li-storage via heterogeneous reaction in selected binary metal fluorides and oxides Journal of the Electrochemical Society, 151 (11): pp A1878-A1885 Xia, H., M Lai, and L Lu (2010) Nanoflaky MnO 2/carbon nanotube nanocomposites as anode materials for lithium-ion batteries Journal of Materials Chemistry, 20 (33): pp 6896-6902 Zheng, S.-F., et al (2008) Introducing dual functional CNT networks into CuO nanomicrospheres toward superior electrode materials for lithium-ion batteries Chemistry of Materials, 20 (11): pp 3617-3622 105 [32] [33] [34] [35] [36] [37] [38] [39] [40] [41] [42] [43] [44] [45] Venkatachalam, S., et al (2009) In-situ formation of sandwiched structures of nanotube/Cu x O y/Cu composites for lithium battery applications ACS nano, (8): pp 2177-2184 Gao, Q., et al (2010) Synthesis, characterization and lithium-storage performance of MoO 2/carbon hybrid nanowires Journal of Materials Chemistry, 20 (14): pp 2807-2812 Masarapu, C., et al (2009) Long‐Cycle Electrochemical Behavior of Multiwall Carbon Nanotubes Synthesized on Stainless Steel in Li Ion Batteries Advanced Functional Materials, 19 (7): pp 1008-1014 Bhardwaj, T., et al (2010) Enhanced electrochemical lithium storage by graphene nanoribbons Journal of the American Chemical Society, 132 (36): pp 12556-12558 Honda, K., et al (2004) Electrochemical characterization of carbon nanotube/nanohoneycomb diamond composite electrodes for a hybrid anode of Li-ion battery and super capacitor Journal of the Electrochemical Society, 151 (4): pp A532-A541 Luo, F., et al (2015) Nano-silicon/carbon composite anode materials towards practical application for next generation Li-ion batteries Journal of The Electrochemical Society, 162 (14): pp A2509-A2528 Bridel, J.-S., et al (2009) Key parameters governing the reversibility of Si/carbon/CMC electrodes for Li-ion batteries Chemistry of materials, 22 (3): pp 1229-1241 Hu, Y and X Sun (2014) Flexible rechargeable lithium ion batteries: advances and challenges in materials and process technologies Journal of Materials Chemistry A, (28): pp 10712-10738 Wagner, M.R., et al (2004) Electrolyte decomposition reactions on tin-and graphite-based anodes are different Electrochemical and solid-state letters, (7): pp A201-A205 Kepler, K.D., J.T Vaughey, and M.M Thackeray (1999) Copper–tin anodes for rechargeable lithium batteries: an example of the matrix effect in an intermetallic system Journal of Power Sources, 81: pp 383-387 Wilson, A and J Dahn (1995) Lithium insertion in carbons containing nanodispersed silicon Journal of The Electrochemical Society, 142 (2): pp 326-332 Wu, Y.-P., E Rahm, and R Holze (2003) Carbon anode materials for lithium ion batteries Journal of Power Sources, 114 (2): pp 228-236 Liu, H., D Wexler, and G Wang (2009) One-pot facile synthesis of iron oxide nanowires as high capacity anode materials for lithium ion batteries Journal of Alloys and Compounds, 487 (1-2): pp L24-L27 Tamura, N., et al (2003) Advanced structures in electrodeposited tin base negative electrodes for lithium secondary batteries Journal of The Electrochemical Society, 150 (6): pp A679-A683 106 [46] [47] [48] [49] [50] [51] [52] [53] [54] [55] [56] [57] [58] [59] [60] [61] Tamura, N., et al (2004) Mechanical stability of Sn–Co alloy anodes for lithium secondary batteries Electrochimica Acta, 49 (12): pp 1949-1956 Yin, J., et al (2003) New Ag-Sn alloy anode materials for lithium-ion batteries Journal of the Electrochemical Society, 150 (8): pp A1129-A1135 Mao, O and J Dahn (1999) Mechanically Alloyed Sn‐Fe (‐C) Powders as Anode Materials for Li‐Ion Batteries: III Sn2Fe: SnFe3 C Active/Inactive Composites Journal of The Electrochemical Society, 146 (2): pp 423-427 Liu, R., et al (2016) Synthesis of SnO2/Sn hybrid hollow spheres as high performance anode materials for lithium ion battery Journal of Alloys and Compounds, 688: pp 908-913 Tian, Q., et al (2014) Synthesis of SnO 2/Sn@ carbon nanospheres dispersed in the interspaces of a three-dimensional SnO 2/Sn@ carbon nanowires network, and their application as an anode material for lithium-ion batteries Journal of Materials Chemistry A, 2(32): pp 12881-12887 Fan, X.-Y., et al (2009) Sn–Co alloy anode using porous Cu as current collector for lithium ion battery Journal of Alloys and Compounds, 476 (12): pp 70-73 Chou, C.-Y., H Kim, and G.S Hwang (2011) A comparative first-principles study of the structure, energetics, and properties of Li–M (M= Si, Ge, Sn) Alloys The Journal of Physical Chemistry C, 115 (40): pp 20018-20026 Beaulieu, L., et al (2003) Reaction of Li with alloy thin films studied by in situ AFM Journal of The Electrochemical Society, 150 (11): pp A1457A1464 Pedersen, A., P.A Khomyakov, and M Luisier (2015) Three-Phase Model for the Reversible Lithiation-Delithiation of SnO Anodes in Li-Ion Batteries Physical Review Applied, (3): pp 034005 Peng, K., et al (2008) Silicon nanowires for rechargeable lithium-ion battery anodes Applied Physics Letters, 93 (3): pp 033105 Ge, M., et al (2012) Porous doped silicon nanowires for lithium ion battery anode with long cycle life Nano letters, 12 (5): pp 2318-2323 Yao, Y., et al (2011) Interconnected silicon hollow nanospheres for lithiumion battery anodes with long cycle life Nano letters, 11 (7): pp 2949-2954 Wang, W., et al (2017) Silicon and carbon nanocomposite spheres with enhanced electrochemical performance for full cell lithium ion batteries Scientific reports, 7: pp 44838 Bai, Y., et al (2016) Core-shell Si@ TiO2 nanosphere anode by atomic layer deposition for Li-ion batteries Journal of Power Sources, 308: pp 75-82 Zhao, K., et al (2011) Large plastic deformation in high‐capacity lithium‐ion batteries caused by charge and discharge Journal of the American Ceramic Society, 94: pp s226-s235 Golmon, S., et al (2010) Stress generation in silicon particles during lithium insertion Applied Physics Letters, 97 (3): pp 033111 107 [62] [63] [64] [65] [66] [67] [68] [69] [70] [71] [72] [73] [74] [75] [76] [77] Wen, Z and F Tian (2013) Cu-doped silicon film as anode for lithium ion batteries prepared by ion-beam sputtering Int J Electrochem Sci, (10129): pp e10137 Cho, G.-b., et al (2017) Facile fabrication of patterned Si film electrodes containing trench-structured Cu current collectors for thin-film batteries Electrochimica Acta, 224: pp 649-659 Chew, H.B., et al (2014) Cracking mechanisms in lithiated silicon thin film electrodes International Journal of Solids and Structures, 51 (23-24): pp 4176-4187 Takeda, K and K Shiraishi (1994) Theoretical possibility of stage corrugation in Si and Ge analogs of graphite Physical Review B, 50 (20): pp 14916 Kim, G., et al (2014) 3D amorphous silicon on nanopillar copper electrodes as anodes for high-rate lithium-ion batteries ACS nano, (2): pp 1907-1912 Wang, N., et al (2016) Highly Conductive Cu Nanoneedle-Array Supported Silicon Film for High-Performance Lithium Ion Battery Anodes Journal of The Electrochemical Society, 163 (3): pp A380-A384 Chowdhury, C., S Karmakar, and A Datta (2016) Capping black phosphorene by h-BN enhances performances in anodes for Li and Na ion batteries ACS Energy Letters, (1): pp 253-259 Tritsaris, G.A., et al (2013) Adsorption and diffusion of lithium on layered silicon for Li-ion storage Nano letters, 13 (5): pp 2258-2263 Sharma, D.K., et al (2018) Mono and bi-layer germanene as prospective anode material for Li-ion batteries: A first-principles study Computational Condensed Matter, 16: pp e00314 Zhang, C., et al (2016) Phosphorene as an Anode Material for High Performance Lithium-Ion Battery: First Principle Study and Experimental Measurement arXiv preprint arXiv:1607.00317 Le, M.-Q (2018) Reactive molecular dynamics simulations of the mechanical properties of various phosphorene allotropes Nanotechnology, 29 (19): pp 195701 Geim, A.K and K.S Novoselov (2007) The rise of graphene Nature materials, (3): pp 183 Geim, A.K (2009) Graphene: status and prospects science, 324 (5934): pp 1530-1534 Pakdel, A., et al (2012) Low-dimensional boron nitride nanomaterials Materials Today, 15 (6): pp 256-265 Yang, L., et al (2014) Chloride molecular doping technique on 2D materials: WS2 and MoS2 Nano letters, 14 (11): pp 6275-6280 Lin, Z., et al (2016) 2D materials advances: from large scale synthesis and controlled heterostructures to improved characterization techniques, defects and applications 2D Materials, (4): pp 042001 108 [78] [79] [80] [81] [82] [83] [84] [85] [86] [87] [88] [89] [90] [91] [92] [93] [94] [95] [96] Kara, A., et al (2012) A review on silicene—new candidate for electronics Surface science reports, 67 (1): pp 1-18 Cahangirov, S., et al (2009) Two-and one-dimensional honeycomb structures of silicon and germanium Physical review letters, 102 (23): pp 236804 Sorkin, V., et al (2017) Recent advances in the study of phosphorene and its nanostructures Critical Reviews in Solid State and Materials Sciences, 42 (1): pp 1-82 Novoselov, K., et al (2005) Two-dimensional atomic crystals Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, 102 (30): pp 10451-10453 Liu, H., Y Liu, and D Zhu (2011) Chemical doping of graphene Journal of materials chemistry, 21 (10): pp 3335-3345 Zanella, I., et al (2008) Chemical doping-induced gap opening and spin polarization in graphene Physical Review B, 77 (7): pp 073404 Han, M.Y., et al (2007) Energy band-gap engineering of graphene nanoribbons Physical review letters, 98 (20): pp 206805 Son, Y.-W., M.L Cohen, and S.G Louie (2006) Energy gaps in graphene nanoribbons Physical review letters, 97 (21): pp 216803 Li, L.H and Y Chen (2016) Atomically thin boron nitride: unique properties and applications Advanced Functional Materials, 26 (16): pp 2594-2608 Park, J.-H., et al (2014) Large-area monolayer hexagonal boron nitride on Pt foil ACS nano, (8): pp 8520-8528 Wu, Q., et al (2015) Single crystalline film of hexagonal boron nitride atomic monolayer by controlling nucleation seeds and domains Scientific reports, 5: pp 16159 Hu, S., et al (2014) Proton transport through one-atom-thick crystals Nature, 516 (7530): pp 227 Aufray, B., et al (2010) Graphene-like silicon nanoribbons on Ag (110): A possible formation of silicene Applied Physics Letters, 96 (18): pp 183102 De Padova, P., et al (2010) Evidence of graphene-like electronic signature in silicene nanoribbons Applied Physics Letters, 96 (26): pp 261905 De Padova, P., et al (2012) Multilayer silicene nanoribbons Nano letters, 12 (11): pp 5500-5503 Feng, B., et al (2012) Evidence of silicene in honeycomb structures of silicon on Ag (111) Nano letters, 12 (7): pp 3507-3511 Meng, L., et al (2013) Buckled silicene formation on Ir (111) Nano letters, 13 (2): pp 685-690 Fleurence, A., et al (2012) Experimental evidence for epitaxial silicene on diboride thin films Physical review letters, 108 (24): pp 245501 Tsipas, P., et al (2013) Evidence for graphite-like hexagonal AlN nanosheets epitaxially grown on single crystal Ag(111) Vol 103 251605-251605 109 [97] [98] [99] [100] [101] [102] [103] [104] [105] [106] [107] [108] [109] [110] [111] [112] Mansurov, V., et al (2015) Graphene-like AlN layer formation on (111) Si surface by ammonia molecular beam epitaxy Journal of Crystal Growth, 428: pp 93-97 Malin, T., et al (2015) 2D AlN crystal phase formation on (0001) Al2O3 surface by ammonia MBE physica status solidi c, 12 (4-5): pp 443-446 Lin, S (2012) Light-emitting two-dimensional ultrathin silicon carbide The Journal of Physical Chemistry C, 116 (6): pp 3951-3955 Zhao, L., et al (2016) Probing the thermodynamic stability and phonon transport in two-dimensional hexagonal aluminum nitride monolayer The Journal of Physical Chemistry C, 120 (48): pp 27675-27681 Şahin, H., et al (2009) Monolayer honeycomb structures of group-IV elements and III-V binary compounds: First-principles calculations Physical Review B, 80 (15): pp 155453 Keỗik, D., et al (2015) Layer-and strain-dependent optoelectronic properties of hexagonal AlN Physical Review B, 92 (16): pp 165408 Alaal, N., et al (2016) First principles many-body calculations of electronic structure and optical properties of SiC nanoribbons Journal of Physics D: Applied Physics, 49 (10): pp 105306 Lebegue, S and O Eriksson (2009) Electronic structure of two-dimensional crystals from ab initio theory Physical Review B, 79 (11): pp 115409 Quhe, R., et al (2012) Tunable and sizable band gap in silicene by surface adsorption Sci Rep, 2: pp 853-8 Drummond, N., V Zolyomi, and V Fal'Ko (2012) Electrically tunable band gap in silicene Physical Review B, 85 (7): pp 075423 Tsai, W.-F., et al (2013) Gated silicene as a tunable source of nearly 100% spin-polarized electrons Nature communications, 4: pp 1500 Zhao, H (2012) Strain and chirality effects on the mechanical and electronic properties of silicene and silicane under uniaxial tension Physics Letters A, 376 (46): pp 3546-3550 Mortazavi, B., et al (2017) First-principles investigation of mechanical properties of silicene, germanene and stanene Physica E: Low-dimensional Systems and Nanostructures, 87: pp 228-232 Pei, Q.-X., et al (2014) Effects of temperature and strain rate on the mechanical properties of silicene Journal of Applied Physics, 115 (2): pp 023519 Roman, R and S W Cranford (2014) Mechanical properties of silicene Vol 82 50–55 Botari, T., et al (2014) Mechanical properties and fracture dynamics of silicene membranes Physical Chemistry Chemical Physics, 16 (36): pp 19417-19423 110 [113] Rouhi, S (2017) Fracture behavior of hydrogen-functionalized silicene nanosheets by molecular dynamics simulations Computational Materials Science, 131: pp 275-285 [114] Peng, Q., et al (2013) Mechanical stabilities and properties of graphene-like aluminum nitride predicted from first-principles calculations RSC Advances, (19): pp 7083-7092 [115] Andrew, R.C., et al (2012) Mechanical properties of graphene and boronitrene Physical review B, 85 (12): pp 125428 [116] Le, M.-Q (2014) Atomistic study on the tensile properties of hexagonal AlN, BN, GaN, InN and SiC sheets Journal of Computational and Theoretical Nanoscience, 11 (6): pp 1458-1464 [117] Jing, Y., et al (2013) Atomistic simulations on the mechanical properties of silicene nanoribbons under uniaxial tension physica status solidi (b), 250 (8): pp 1505-1509 [118] Tersoff, J (1989) Modeling solid-state chemistry: Interatomic potentials for multicomponent systems Physical Review B, 39 (8): pp 5566 [119] Erhart, P and K Albe (2005) Analytical potential for atomistic simulations of silicon, carbon, and silicon carbide Physical Review B, 71 (3): pp 035211 [120] Benkabou, F., M Certier, and H Aourag (2003) Elastic Properties of Zincblende G a N, A l N and I n N from Molecular Dynamics Molecular simulation, 29 (3): pp 201-209 [121] Lindsay, L and D Broido (2010) Optimized Tersoff and Brenner empirical potential parameters for lattice dynamics and phonon thermal transport in carbon nanotubes and graphene Physical Review B, 81 (20): pp 205441 [122] Kınacı, A., et al (2012) Thermal conductivity of BN-C nanostructures Physical Review B, 86 (11): pp 115410 [123] Jiang, J.-W and Y.-P Zhou (2017) Parameterization of Stillinger-Weber potential for two-dimensional atomic crystals arXiv preprint arXiv:1704.03147 [124] Stillinger, F.H and T.A Weber (1985) Computer simulation of local order in condensed phases of silicon Physical review B, 31 (8): pp 5262 [125] Allen, M.P and D.J Tildesley (2017) Computer simulation of liquids Oxford university press [126] Liu, B., et al (2004) The atomic-scale finite element method Computer methods in applied mechanics and engineering, 193 (17-20): pp 1849-1864 [127] Nasdala, L and G Ernst (2005) Development of a 4-node finite element for the computation of nano-structured materials Computational Materials Science, 33 (4): pp 443-458 [128] Wang, Y., et al (2006) Atomistic finite elements applicable to solid polymers Computational Materials Science, 36 (3): pp 292-302 111 [129] Wackerfuß, J (2009) Molecular mechanics in the context of the finite element method International Journal for Numerical Methods in Engineering, 77 (7): pp 969-997 [130] Nasdala, L., A Kempe, and R Rolfes (2010) The molecular dynamic finite element method (MDFEM) Computers Materials and Continua, 19 (1): pp 57 [131] Quý, L.M (2019) Phương pháp phần tử hữu hạn Nhà xuất giáo dục Việt Nam: pp 227 [132] Rheinboldt, W.C (1998) Methods for solving systems of nonlinear equations Vol 70 Siam [133] Reddy, J.N (1993) An introduction to the finite element method New York [134] Anderson, T.L and T.L Anderson (2005) Fracture mechanics: fundamentals and applications CRC press [135] Le, M.-Q and R.C Batra (2016) Mode-I stress intensity factor in single layer graphene sheets Computational Materials Science, 118: pp 251-258 [136] Le, M.-Q and R.C Batra (2014) Crack propagation in pre-strained single layer graphene sheets Computational Materials Science, 84: pp 238-243 [137] Le, M.-Q and R.C Batra (2013) Single-edge crack growth in graphene sheets under tension Computational Materials Science, 69: pp 381-388 [138] Nguyen-Huu, T and Q Le-Minh (2018) Stress Analysis of Silicon-Based Anode in Li-Ion Battery p 95-104 [139] Xu, M., et al (2012) A coupled quantum/continuum mechanics study of graphene fracture International journal of fracture, 173 (2): pp 163-173 [140] Khare, R., et al (2007) Coupled quantum mechanical/molecular mechanical modeling of the fracture of defective carbon nanotubes and graphene sheets Physical Review B, 75 (7): pp 075412 [141] Zhang, P., et al (2014) Fracture toughness of graphene Nature communications, 5: pp 3782 [142] Le, M.-Q and Y Umeno (2017) Fracture of monolayer boronitrene and its interface with graphene International Journal of Fracture, 205 (2): pp 151168 [143] Huang, B., et al (2012) Edge stability of boron nitride nanoribbons and its application in designing hybrid BNC structures Nano Research, (1): pp 6272 [144] Terdalkar, S.S., et al (2010) Nanoscale fracture in graphene Chemical Physics Letters, 494 (4-6): pp 218-222 [145] Zhang, B., L Mei, and H Xiao (2012) Nanofracture in graphene under complex mechanical stresses Applied Physics Letters, 101 (12): pp 121915 [146] Tabarraei, A and X Wang (2015) A molecular dynamics study of nanofracture in monolayer boron nitride Materials Science and Engineering: A, 641: pp 225-230 112 [147] Wang, X., A Tabarraei, and D.E Spearot (2015) Fracture mechanics of monolayer molybdenum disulfide Nanotechnology, 26 (17): pp 175703 [148] Hwangbo, Y., et al (2014) Fracture characteristics of monolayer CVDgraphene Scientific reports, 4: pp 4439 [149] Kumar, R and A Parashar (2017) Fracture toughness enhancement of h-BN monolayers via hydrogen passivation of a crack edge Nanotechnology, 28 (16): pp 165702 [150] Li, N., et al (2017) Mechanical properties and failure behavior of hexagonal boron nitride sheets with nano-cracks Computational Materials Science, 140: pp 356-366 [151] Wei, X., et al (2015) Comparative fracture toughness of multilayer graphenes and boronitrenes Nano letters, 15 (1): pp 689-694 [152] Xiong, Q.-l., Z.-h Li, and X.-g Tian (2016) Fracture behaviors of precracked monolayer molybdenum disulfide: A molecular dynamics study Beilstein journal of nanotechnology, (1): pp 1411-1420 [153] Bao, H., et al (2018) Molecular dynamics simulation of nanocrack propagation in single-layer MoS2 nanosheets The Journal of Physical Chemistry C, 122 (2): pp 1351-1360 [154] Nakatani, K., et al (2000) Molecular dynamics study on mechanical properties and fracture in amorphous metal AIAA journal, 38 (4): pp 695701 [155] Jin, Y and F Yuan (2005) Atomistic simulations of J-integral in 2D graphene nanosystems Journal of nanoscience and nanotechnology, (12): pp 20992107 [156] Batsanov, S.S (2001) Van der Waals radii of elements Inorganic materials, 37 (9): pp 871-885 [157] Bondi, A (1964) van der Waals volumes and radii The Journal of physical chemistry, 68 (3): pp 441-451 [158] Mantina, M., et al (2009) Consistent van der Waals radii for the whole main group The Journal of Physical Chemistry A, 113 (19): pp 5806-5812 [159] Liu, X.H., et al (2012) Size-dependent fracture of silicon nanoparticles during lithiation Acs Nano, (2): pp 1522-1531 [160] McDowell, M.T., et al (2013) In situ TEM of two-phase lithiation of amorphous silicon nanospheres Nano letters, 13 (2): pp 758-764 [161] Xu, R and K Zhao (2016) Mechanical interactions regulated kinetics and morphology of composite electrodes in Li-ion batteries Extreme Mechanics Letters, 8: pp 13-21 [162] Bucci, G., et al (2014) Measurement and modeling of the mechanical and electrochemical response of amorphous Si thin film electrodes during cyclic lithiation Journal of the Mechanics and Physics of Solids, 62: pp 276-294 [163] Di Leo, C.V., E Rejovitzky, and L Anand (2015) Diffusion–deformation theory for amorphous silicon anodes: the role of plastic deformation on 113 [164] [165] [166] [167] [168] [169] [170] [171] [172] [173] [174] [175] [176] [177] electrochemical performance International Journal of Solids and Structures, 67: pp 283-296 Ding, N., et al (2009) Determination of the diffusion coefficient of lithium ions in nano-Si Solid State Ionics, 180 (2-3): pp 222-225 Bucci, G., et al (2014) Measurement and modeling of the mechanical and electrochemical response of amorphous Si thin film electrodes during cyclic lithiation Journal of the Mechanics and Physics of Solids, 62: pp 276-294 Yoshimura, K., et al (2007) Measurement of the diffusion rate of Li in silicon by the use of bipolar cells Journal of Power Sources, 174 (2): pp 653-657 Xia, H., S Tang, and L Lu (2007) Properties of amorphous Si thin film anodes prepared by pulsed laser deposition Materials research bulletin, 42(7): pp 1301-1309 Xie, J., et al (2010) Li-ion diffusion in amorphous Si films prepared by RF magnetron sputtering: A comparison of using liquid and polymer electrolytes Materials Chemistry and Physics, 120 (2-3): pp 421-425 Johari, P., Y Qi, and V.B Shenoy (2011) The mixing mechanism during lithiation of Si negative electrode in Li-ion batteries: an ab initio molecular dynamics study Nano letters, 11 (12): pp 5494-5500 Li, J., et al (2011) Potentiostatic intermittent titration technique for electrodes governed by diffusion and interfacial reaction the Journal of Physical Chemistry C, 116 (1): pp 1472-1478 Crank, J (1975) DIFFUISION IN A PLANE SHEET The mathematics of diffusion: pp 47-48 Bower, A.F., P.R Guduru, and V.A Sethuraman (2011) A finite strain model of stress, diffusion, plastic flow, and electrochemical reactions in a lithiumion half-cell Journal of the Mechanics and Physics of Solids, 59 (4): pp 804828 Cui, Z., F Gao, and J Qu (2012) A finite deformation stress-dependent chemical potential and its applications to lithium ion batteries Journal of the Mechanics and Physics of Solids, 60 (7): pp 1280-1295 An, Y and H Jiang (2013) A finite element simulation on transient large deformation and mass diffusion in electrodes for lithium ion batteries Modelling and Simulation in Materials Science and Engineering, 21(7): pp 074007 Chew, H.B., et al (2014) Cracking mechanisms in lithiated silicon thin film electrodes International Journal of Solids and Structures, 51 (23): pp 41764187 Obrovac, M., et al (2007) Alloy design for lithium-ion battery anodes Journal of The Electrochemical Society, 154 (9): pp A849-A855 Chan, M.K., C Wolverton, and J.P Greeley (2012) First principles simulations of the electrochemical lithiation and delithiation of faceted 114 [178] [179] [180] [181] [182] [183] [184] [185] [186] [187] [188] [189] [190] crystalline silicon Journal of the American Chemical Society, 134 (35): pp 14362-14374 Cui, Z., et al (2012) A second nearest-neighbor embedded atom method interatomic potential for Li–Si alloys Journal of Power Sources, 207: pp 150159 Wang, H., S.P Nadimpalli, and V.B Shenoy (2016) Inelastic shape changes of silicon particles and stress evolution at binder/particle interface in a composite electrode during lithiation/delithiation cycling Extreme Mechanics Letters, 9: pp 430-438 Polezhaev, Y.V (2011) Thermal conductivity, in A-to-Z Guide to Thermodynamics, Heat and Mass Transfer, & Fluids Engineering Begell House Crank, J (1979) The mathematics of diffusion Oxford university press Le, M.-Q and D.-T Nguyen (2014) Atomistic simulations of pristine and defective hexagonal BN and SiC sheets under uniaxial tension Materials Science and Engineering: A, 615: pp 481-488 Sumigawa, T., et al (2015) Fracture toughness of silicon in nanometer-scale singular stress field Engineering Fracture Mechanics, 150: pp 161-167 Guzmán-Verri, G.G and L.L.Y Voon (2007) Electronic structure of siliconbased nanostructures Physical Review B, 76 (7): pp 075131 Masolin, A., et al (2013) Thermo-mechanical and fracture properties in single-crystal silicon Vol 48 979-988 M Wilson, A and J R Dahn (1995) Lithium Insertion in Carbons Containing Nanodispersed Silicon Vol 142 326-332 Brassart, L., K Zhao, and Z Suo (2013) Cyclic plasticity and shakedown in high-capacity electrodes of lithium-ion batteries International Journal of Solids and Structures, 50 (7-8): pp 1120-1129 Cheng, Y.-T and M.W Verbrugge (2008) The influence of surface mechanics on diffusion induced stresses within spherical nanoparticles Journal of Applied Physics, 104 (8): pp 083521 Vanimisetti, S.K and N Ramakrishnan (2012) Effect of the electrode particle shape in Li-ion battery on the mechanical degradation during charge– discharge cycling Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part C: Journal of Mechanical Engineering Science, 226(9): pp 2192-2213 Pal, S., et al (2013) Modeling of lithium segregation induced delamination of a-Si thin film anode in Li-ion batteries Computational Materials Science, 79: pp 877-887 115 ...BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI Nguyễn Hữu Tú NGHIÊN CỨU ỨNG XỬ CƠ HỌC VẬT LIỆU HAI CHIỀU VÀ KẾT CẤU SILICON LÀM CỰC ÂM ẮC QUY ION LITHIUM Ngành: Cơ học Mã số: 9440109... ion lithium gây vật liệu kết cấu cụ thể để ứng dụng chúng làm cực âm ắc quy Do vật liệu hai chiều có độ bền học cao, dung lượng chưa ion lithium lớn than chì nên có tiềm ứng dụng làm cực âm ắc quy. .. hai chiều kết cấu silicon làm cực âm ắc quy ion lithium" Mục đích, đối tượng phạm vi nghiên cứu Mục đích: - Xác định tính phá hủy số vật liệu hai chiều có tiềm làm cực âm ắc quy ion lithium -