无定形氧化亚硅模拟计算——清析客户检测案例

类别：客户案例 664 2022-07-26

2022年6月21日，本人接到国内某化学研究所的老师计算需求。接到反馈后，第一时间与客户进行详细沟通，情况如下：

客户背景

客户是国内某化学研究所的老师，其主要研究实验材料无定形氧化亚硅，在不同的空间尺度，原子尺度，微米尺度和宏观极片尺度上Li离子和电子的输运能力。因为实验上已表明掺杂了Sn的无定形氧化亚硅的Li离子和电子的输运能力有了明显提高，想通过模拟的方法来阐述这个原理。

样品名称

无定形氧化亚硅、掺杂Sn的无定形氧化亚硅。

客户需求

有两个计算需求，分别在两个不同的空间尺度，原子尺度，微米尺度和宏观极片尺度。主要想通过计算说明，在Sn掺入后，材料的Li+和电子输运能力都有了大幅度提高，从而使材料拥有好的快充性能。Sn的掺入分为两部分，一部分为掺入无定型SiOx基质中的Sn，另外一部分为弥散在材料内部的纳米Sn晶畴。所以从材料结构这里产生两个计算需求：

1.原子尺度上，计算掺入无定型基质中取代Si位置的Sn，对材料的Li+输运性质和电子输运性质的影响。

2.微米级颗粒尺度上，计算弥散在材料内部的单质Sn晶畴对材料的Li+和电子输运性质的进一步的影响。

解决方案

软件用Comsol，构建SiOx掺杂Sn与纯SiOx的三维模型，对模型进行网格划分，导入材料的电流参数；

对SiOx域上半球表面给定1.53pA的电流，Li+浓度初始浓度为1mol/L。计算0~200μs下的Li+浓度分布、电解质电流密度以及解质电流质量。取100μs时刻下的结果云图进行展示分析。

客户反馈

客户对数据结果满意，通过有限元模拟，结果表明，掺杂Sn的无定形氧化亚硅对Li离子和电子的的输运效率明显高于纯的无定形氧化亚硅，结果能够非常好的契合其研究目的。

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