Multiscale computational fluid dynamics modelling of spatial ALD on porous li-ion battery electrodes

电极 原子层沉积 材料科学 涂层 计算流体力学 多孔性 扩散 化学工程 复合材料 化学 图层(电子) 机械 热力学 物理 物理化学 工程类
作者
Zoushuang Li,Yuanxiao Chen,Yufeng Nie,Fan Yang,Xiao Liu,Yuan Gao,Bin Shan,Rong Chen
出处
期刊:Chemical Engineering Journal [Elsevier]
卷期号:479: 147486-147486 被引量:4
标识
DOI:10.1016/j.cej.2023.147486
摘要

The self-limiting surface reaction characteristic of atomic layer deposition (ALD) makes it ideal for the surface modification of electrode materials for lithium-ion batteries (LIBs). Spatial ALD shows promise as a scalable method for the coating on pre-fabricated electrode sheets. As a strong-coupled multiscale process, various process conditions and microstructure parameters have great influences on the macroscale fluid dynamics and the pore-scale diffusion–reaction process, thus affecting the coating efficiency. This study presents a multiscale numerical model that combines computational fluid dynamics (CFD) with multilevel pore-scale diffusion–reaction kinetics to explore the spatial ALD process on porous LIB electrodes. The dynamic mesh method is utilized to simulate electrode movement. The considerable active surface-to-volume ratio of the porous structure limits the precursor infiltration depth due to the low diffusion rate and inadequate precursor supply. As the electrode velocity increases, an asymmetric distribution of precursor concentration under the injector is observed with a rapid decrease. Elevating both the precursor concentration and inlet gas velocity augments the coating depth by enhancing the supply of the precursor. The experimental data aligns well with our numerical results, verifying the accuracy of the multiscale CFD model. Our observations reveal that a relatively lower operating pressure, around 0.1 atm, compared to 0.01 atm and 1 atm, optimizes the deposition rate along the electrode depth during the half-ALD cycle, especially when the pore size is larger. Electrode porosity of about 0.4 notably improves coating uniformity by elevating the precursor diffusion rate. Predictions show that with a substrate velocity of 0.2 m/s, the coating depth on an electrode having higher porosity at the top compared to the bottom via atmospheric spatial ALD could reach a depth of 38 μm with a precursor utilization of 78 %.
最长约 10秒,即可获得该文献文件

科研通智能强力驱动
Strongly Powered by AbleSci AI
更新
PDF的下载单位、IP信息已删除 (2025-6-4)

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
sll完成签到 ,获得积分10
刚刚
科研通AI6应助乐观的海采纳,获得10
刚刚
雪白的小土豆完成签到,获得积分10
刚刚
无花果应助壮观诗桃采纳,获得10
刚刚
研友_7ZeNx8发布了新的文献求助10
刚刚
nena完成签到,获得积分10
1秒前
隔壁老五发布了新的文献求助10
1秒前
1秒前
彩虹猫之刃完成签到,获得积分10
1秒前
所所应助sunfield2014采纳,获得10
2秒前
2秒前
丘比特应助热情皮卡丘采纳,获得30
2秒前
2秒前
2秒前
jialin完成签到,获得积分10
2秒前
WATQ完成签到,获得积分10
3秒前
ace发布了新的文献求助10
3秒前
3秒前
wanci应助nine采纳,获得10
3秒前
糯米饭完成签到 ,获得积分10
3秒前
白了个白发布了新的文献求助10
4秒前
PhDL1完成签到,获得积分10
4秒前
4秒前
木沐完成签到,获得积分10
4秒前
XU发布了新的文献求助10
4秒前
凸肚脐发布了新的文献求助10
4秒前
王王完成签到 ,获得积分10
5秒前
Akim应助吕亚采纳,获得10
5秒前
xixi完成签到,获得积分10
5秒前
5秒前
务实莫言完成签到,获得积分10
5秒前
高挑的马里奥完成签到,获得积分10
5秒前
6秒前
脑洞疼应助Luna采纳,获得10
6秒前
6秒前
wang完成签到 ,获得积分10
6秒前
领导范儿应助对对对发发采纳,获得10
7秒前
阳光发布了新的文献求助10
7秒前
ll完成签到,获得积分10
9秒前
Linseed发布了新的文献求助10
9秒前
高分求助中
Encyclopedia of Quaternary Science Third edition 2025 12000
(应助此贴封号)【重要!!请各用户(尤其是新用户)详细阅读】【科研通的精品贴汇总】 10000
The Social Work Ethics Casebook: Cases and Commentary (revised 2nd ed.). Frederic G. Reamer 800
Beyond the sentence : discourse and sentential form / edited by Jessica R. Wirth 600
Holistic Discourse Analysis 600
Vertébrés continentaux du Crétacé supérieur de Provence (Sud-Est de la France) 600
Vertebrate Palaeontology, 5th Edition 500
热门求助领域 (近24小时)
化学 材料科学 医学 生物 工程类 有机化学 生物化学 物理 纳米技术 计算机科学 内科学 化学工程 复合材料 物理化学 基因 遗传学 催化作用 冶金 量子力学 光电子学
热门帖子
关注 科研通微信公众号,转发送积分 5338576
求助须知:如何正确求助?哪些是违规求助? 4475648
关于积分的说明 13928995
捐赠科研通 4370941
什么是DOI,文献DOI怎么找? 2401518
邀请新用户注册赠送积分活动 1394612
关于科研通互助平台的介绍 1366425