Распределения потенциала и концентрации носителей заряда в твердотельном электролите между плоскими электродами

  • Георгий Станиславович Бокун Белорусский государственный технологический университет, ул. Свердлова, 13а, 220630, г. Минск, Беларусь
  • Дунг Ди Каприо Национальная высшая школа химии в Париже, ул. Пьера и Марии Кюри, 11, 75005, г. Париж, Франция

Аннотация

Статистически изучаются равновесные характеристики подсистемы подвижных зарядов одного знака с учетом наличия подсистемы неподвижных зарядов противоположного знака, создающих компенсирующий электрический фон. Распределение этих зарядов под воздействием внешнего поля не изменяется. Для представления свободной энергии подсистемы подвижных зарядов в виде функционала их плотности и вычисления ячеечных потенциалов средних сил методом условных распределений применено кумулянтное разложение по перенормированным майеровским функциям. Для учета эффектов экранирования использованы результаты метода коллективных переменных. Получена система интегральных уравнений для потенциалов средних сил сучетом эффектов близкого и дальнего действия, с помощью которой проведены расчеты в решеточном приближении. В выражении для бинарной функции распределения выделена корреляционная составляющая, что позволило рассчитать коррелированную и некоррелированную части электрического потенциала, используя уравнение Пуассона. Рассматривается случай достаточно малых электрических полей, допускающий линейное разложение химического потенциала по отклонению концентрации зарядов от однородного распределения. В окончательных расчетах корреляция между частицами учитывается в приближении первых соседей. В этом приближении распределение потенциала и концентрации заряда описывается линейным дифференциальным уравнением четвертого порядка. Выполнен анализ результатов его аналитического решения и последующих численных расчетов характеристик твердого электролита.

Биографии авторов

Георгий Станиславович Бокун, Белорусский государственный технологический университет, ул. Свердлова, 13а, 220630, г. Минск, Беларусь

кандидат физико-математических наук; доцент кафедры механики и конструирования факультета химической технологии и техники

Дунг Ди Каприо, Национальная высшая школа химии в Париже, ул. Пьера и Марии Кюри, 11, 75005, г. Париж, Франция

доктор философии; научный сотрудник

Литература

  1. Fergus J., Hui R., Li X., et al. (eds). Solid oxide fuel cells: materials properties and performance. London : CRC Press, 2009.
  2. Gür T. M. Comprehensive review of methane conversion in solid oxide fuel cells: prospects for efficient electricity generation from natural gas. Progr. Energy Comb. Sci. 2016. Vol. 54. P. 1–64. DOI: 10.1016/j.pecs.2015.10.004.
  3. Yao X., Huang B., Yin J., et al. All-solid-state lithium batteries with inorganic solid electrolytes: Review of fundamental science. Chin. Phys. B. 2016. Vol. 25, issue 1. P. 018802. DOI: 10.1088/1674-1056/25/1/018802.
  4. Yao X., Liu D., Wang C., et al. All-solid-state lithium batteries with ultralong cycle life. Nano Lett. 2016. Vol. 16, issue 11. P. 7148–7154.
  5. Yukhnovskiy I. R., Holovko M. F. [Statistical theory of classical equilibrium systems]. Kiev : Naukova dumka, 1980 (in Russ.).
  6. Vikhrenko V. S., Groda Ya. G., Bokun G. S. [Equilibrium and diffusion characteristics of intercalation systems on the basis of lattice models]. Minsk : BSTU, 2008 (in Russ.).
  7. Narkevich I. I. Statistical theory of nonuniform systems and reduced description in the density fluctuation theory. Physica. 1982. Vol. 112A. P. 167–192.
  8. Narkevich I. I. [The method of Lagrange multipliers in the problem of normalizing the correlation functions of a multicomponent crystal with vacancies]. Vysokochistye veshchestva. 1990. No. 1. P. 67–75 (in Russ.).
  9. Rott L. A. Statisticheskaya teoriya molekulyarnykh sistem [Statistical theory of molecular systems]. Moscow : Nauka, 1979 (in Russ.).
  10. Rott L. A., Vikhrenko V. S. Statistical Method of Conditional Distributions. Fortschr. Phys. 1975. Vol. 23. P. 133–164.
  11. Bokun G. S., Holovko M. F., Vikhrenko V. S. Screening of the coulomb interaction in crystalline materials. Proc. BSTU. Ser. 3, Phys.-mat. Sci. Inf. 2017. No. 2. P. 50–53 (in Russ.).
  12. Bokun G., Vikhrenko V., Di Caprio D., et al. Chemical Potential Distribution of Nonhomogeneous Solid Electrolyte. Nanomaterials: Applications and Properties : proc. Int. conf. (Zatoka, 10–15 Sept., 2017). Zatoka, 2017. Ukraine, article 03NE16. DOI: 10.1109/NAP.2017.8190247.
  13. Ciach A. Simple theory for oscillatory charge profile in ionic liquids. arXiv:1705.10551[cond-mat.soft]. 2017. DOI: 10.1016/j.molliq.2017.10.002.
Опубликован
2019-02-03
Ключевые слова: твердые электролиты, экранированный потенциал, близкодействие, функционал свободной  энергии, электроемкость
Поддерживающие организации Авторы благодарят за финансовую поддержку Белорусский республиканский фонд фундаментальных исследований (грант № Ф16К-061), Министерство образования Республики Беларусь и научную программу Евросоюза Horizon-2020, подпрограмму Марии Склодовской-Кюри (грант № 73427 CONIN)
Как цитировать
Бокун, Г. С., & Ди Каприо, Д. (2019). Распределения потенциала и концентрации носителей заряда в твердотельном электролите между плоскими электродами. Журнал Белорусского государственного университета. Физика, 2, 71-80. Доступно по https://journals.bsu.by/index.php/physics/article/view/488
Выпуск
№ 2 (2018): Журнал Белорусского государственного университета. Физика
Раздел
Физика конденсированного состояния

Copyright (c) 2018 Журнал Белорусского государственного университета. Физика

Лицензия Creative Commons

Это произведение доступно по лицензии Creative Commons «Attribution-NonCommercial» («Атрибуция — Некоммерческое использование») 4.0 Всемирная.

Авторы, публикующиеся в данном журнале, соглашаются со следующим:

  1. Авторы сохраняют за собой авторские права на работу и предоставляют журналу право первой публикации работы на условиях лицензии Creative Commons Attribution-NonCommercial. 4.0 International (CC BY-NC 4.0).
  2. Авторы сохраняют право заключать отдельные контрактные договоренности, касающиеся неэксклюзивного распространения версии работы в опубликованном здесь виде (например, размещение ее в институтском хранилище, публикацию в книге) со ссылкой на ее оригинальную публикацию в этом журнале.
  3. Авторы имеют право размещать их работу в интернете (например, в институтском хранилище или на персональном сайте) до и во время процесса рассмотрения ее данным журналом, так как это может привести к продуктивному обсуждению и большему количеству ссылок на данную работу. (См. The Effect of Open Access).