Atomistic modeling toward the understanding of defect kinetics and degradation mechanism in solid systems

用于理解固体系统中的缺陷动力学和降解机制的原子建模

• 批准号: 23760087
• 负责人: HARA Shotaro
• 金额: $ 2.83万
• 依托单位: The University of Tokyo
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
• 财政年份: 2011
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2011 至 2012
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-23760087/
• 关键词: 計算物理; ナノ材料; 材料強度; 分子動力学; 拡散; 固体酸化物形燃料電池; カチオン; マルチスケール; 転位; 空孔拡散

Long-term degradation processes in solid oxide fuel cell (SOFC) are mainly governed by the cation diffusion. However, the cation diffusion is a considerably slow process compared with the oxygen diffusion, such that a molecular dynamics is not generally suitable to predict the rate for the cation migration due to its limited time scale. In this work, we have investigated a vacancy-mediated cation diffusion in YSZ by utilizing metadynamics and Kinetic Monte Carlo method. Metadynamics simulations allow us to compute temperature-dependent activation free energy of cation migration in the typical experimental temperature range of SOFC. Beside, our Kinetic Monte Carlo simulations successfully provide a diffusion coefficient for Zr and Y in 8 mol% YSZ, which is in good agreement with an experimental result.

固体氧化物燃料电池（SOFC）中的长期降解过程主要受阳离子扩散的控制。然而，与氧扩散相比，阳离子扩散是相当慢的过程，使得分子动力学由于其有限的时间尺度而通常不适合于预测阳离子迁移的速率。在这项工作中，我们研究了空位介导的阳离子扩散在YSZ利用代谢和动力学蒙特卡罗方法。亚稳态模拟使我们能够计算在典型的实验温度范围内的SOFC的阳离子迁移的温度依赖的活化自由能。此外，我们的动力学Monte Carlo模拟成功地提供了Zr和Y在8mol%YSZ中的扩散系数，这与实验结果吻合得很好。

项目成果

固体酸化物形燃料電池用材料における陽イオン拡散の原子シミュレーション

固体氧化物燃料电池材料中阳离子扩散的原子模拟

• 发表时间: 2011
• 作者: R. Sugiura;A. T. Yokobori;Jr.;T. Nakagawa;T. Adachi;I. Nonaka;M. Tabuchi;Y. Hasegawa and T. Matsuzaki;原祥太郎,泉聡志,酒井信介
• 通讯作者: 原祥太郎,泉聡志,酒井信介

Activation entropy and compensation rule for defect migration and nucleation : an atomistic study

缺陷迁移和成核的激活熵和补偿规则：原子研究

• 发表时间: 2012
• 作者: S. Hara;S. Izumi;S. Sakai
• 通讯作者: S. Sakai

固体中の欠陥挙動を支配する活性化パラメータ間の関係性の検討

检查控制固体缺陷行为的激活参数之间的关系

• 发表时间: 2012
• 作者: A. Yamanaka;T. Takaki and Y. Tomita;原祥太郎,泉聡志,酒井信介
• 通讯作者: 原祥太郎,泉聡志,酒井信介

高温クリープボイド発生機構解明に向けたFe粒界拡散のKMCモデリング

Fe晶界扩散的KMC模型阐明高温蠕变空洞的产生机制

• 发表时间: 2012
• 作者: Akinori Yamanaka;Tomohiro Takaki;Takayuki Aoki and Takashi Shimokawabe;田中雅浩,原祥太郎,泉聡志,酒井信介
• 通讯作者: 田中雅浩,原祥太郎,泉聡志,酒井信介

Anisotropy Behavior of Dislocation Nucleation from a Sharp Corner in Copper

• DOI: 10.1299/jcst.5.54
• 发表时间: 2011
• 期刊: Journal of Computational Science and Technology
• 作者: Yu Sun;S. Izumi;S. Hara;S. Sakai