균열 전파는 LiNi x Mn y Co 1− x − y O 2 (NMC)를 포함한 2차 입자형 활성 물질의 열화가 발생하는 주요 원인으로서 널리 주목받아 왔다. 이 복잡한 현상을 규명하기 위해 특히 니켈이 풍부한 NMC에서, 고전압·고온 또는 고방전심도 운전 시 상당한 균열 전파가 나타나기 때문에, 다수의 실험적 분석과 3D 모델링 기반 연구가 수행되어 왔다. 이 피할 수 없는 열화 요인을 근본적으로 명확히 하고 이를 억제할 수 있도록 하기 위해, 본 연구에서는 3D 재구성 기법을 사용하여 단일 수 마이크로미터 크기의 LiNi 0.7 Mn 0.15 Co 0.15 O 2 (NMC711) 입자에 대한 디지털 트윈 기반 전기화학–전기–기계(ECM) 모델을 개발한다. 디지털 트윈 기법이 실제의 기공을 포함한 NMC711 2차 입자를 재현하므로, 이 디지털 트윈 전기화학 모델은 확산계수와 교환전류밀도라는 두 가지 핵심 파라미터를 적합(fitting)함으로써 8C 속도에서도 오차 0.48% 이내로 전압 프로파일을 시뮬레이션한다. 디지털 트윈 기반 ECM 모델은 검증된 전기화학 파라미터와 축 격자 파라미터로부터 유도되는 리튬 유발 변형 및 나노인덴테이션으로 측정한 응력–변형 곡선과 같은 기계적 특성을 토대로 개발된다. 또한 이 모델을 사용하면 단일 NMC711 입자에서 작동 중(operando) 전기화학 반응 유발 기계적 성질, 즉 변형, 응력, 변형 에너지 밀도가 시각화된다. 마지막으로, 고도화된 operando ECM 분석을 통해 균열 형성을 진단할 수 있으며, 이 플랫폼이 활성 물질에서의 균열 형성 규명에 효과적임을 강조한다.

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