FM
Franco Moitzi
Author with expertise in Atom Probe Tomography Research
Achievements
Open Access Advocate
Key Stats
Upvotes received:
0
Publications:
2
(100% Open Access)
Cited by:
1
h-index:
6
/
i10-index:
6
Reputation
Biology
< 1%
Chemistry
< 1%
Economics
< 1%
Show more
How is this calculated?
Publications
0

Ab initio framework for deciphering trade-off relationships in multi-component alloys

Franco Moitzi et al.Jul 16, 2024
While first-principles methods have been successfully applied to characterize individual properties of multi-principal element alloys (MPEA), their use in searching for optimal trade-offs between competing properties is hampered by high computational demands. In this work, we present a framework to explore Pareto-optimal compositions by integrating advanced ab initio-based techniques into a Bayesian multi-objective optimization workflow, complemented by a simple analytical model providing straightforward analysis of trends. We benchmark the framework by applying it to solid solution strengthening and ductility of refractory MPEAs, with the parameters of the strengthening and ductility models being efficiently computed using a combination of the coherent-potential approximation method, accounting for finite-temperature effects, and actively-learned moment-tensor potentials parameterized with ab initio data. Properties obtained from ab initio calculations are subsequently used to extend predictions of all relevant material properties to a large class of refractory alloys with the help of the analytical model validated by the data and relying on a few element-specific parameters and universal functions that describe bonding between elements. Our findings offer crucial insights into the traditional strength-vs-ductility dilemma of refractory MPEAs. The proposed framework is versatile and can be extended to other materials and properties of interest, enabling a predictive and tractable high-throughput screening of Pareto-optimal MPEAs over the entire composition space.
0

Amorphous shear band formation in crystalline Si-anodes governs lithiation and capacity fading in Li-ion batteries

Michael Häusler et al.Aug 21, 2024
Abstract The cycling stability of Li-ion batteries is commonly attributed to the formation of the solid electrolyte interphase (SEI) layer, which is generated on the active material surface during electrochemical reactions in battery operation. Silicon experiences large volume changes upon the Li-insertion and extraction, leading to the amorphization of the silicon-interface due to the permeation of the Li-ions into the silicon. Here, we discover how generated non-hydrostatic strain upon electrochemical cycling further triggers dislocation and eventually shear band formation within the crystalline silicon core. The latter boosts the non-uniform lithiation at the silicon interface affecting the SEI reformation process and ultimately the capacity. Our findings are based on a comprehensive multiscale structural and chemical experimental characterization, complemented by molecular dynamics modelling. This approach highlights the importance of considering electrochemical, microstructural and mechanical mechanisms, offering a strategy for developing improved anode materials with enhanced cycling stability and reduced capacity loss.