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Simulating the polysulfide shuttle effect: a thermodynamically consistent, fully reversible, numerical Li/S-battery model

Hofmann, Andreas F. und Latz, Arnulf und Fronczek, David Norman und Bessler, Wolfgang G. (2013) Simulating the polysulfide shuttle effect: a thermodynamically consistent, fully reversible, numerical Li/S-battery model. In: 2nd International Conference on Materials for Energy. 2nd International Conference on Materials for Energy - EnMat II, May 12-16, 2013, Karlsruhe, Germany.

[img] PDF (slides of oral presentation) - Nur DLR-intern zugänglich
3MB

Kurzfassung

Lithium-Sulfur (Li/S) cells are promising candidates for a next generation of safe and cost-effective high energy density batteries for mobile and stationary applications. At present, Li/S cells still suffer from poor cycleability, capacity loss under high current densities and self-discharge. Furthermore, the underlying chemical mechanisms of the general discharge/charge behavior as well as Li/S-specific phenomena like the (polysulfide) shuttle are not yet fully understood. Here we present a thermodynamically consistent and fully reversible continuum model of a Li/S cell with simplified four-step electrochemistry, based on a multi-phase modeling framework [1]. The model reproduces experimentally obtained discharge curves from literature [2] at various current densities with fairly high accuracy. While being instructively simple, the presented model can still reproduce distinct Li/S-cell features like seemingly infinite charging at low charge current-densities (shuttle effect), voltage spikes before the plateau-phases of the charging process, as well as voltage drops and capacity loss due to cycling. This not only fosters understanding of possible mechanisms for the shuttle effect, but also makes the presented model a suitable tool for investigation and interpretation of Li/S cell experimental data and a powerful base model for further, more complex model studies focusing on specific details of Li/S cells.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/83577/
Dokumentart:Konferenzbeitrag (Vortrag)
Titel:Simulating the polysulfide shuttle effect: a thermodynamically consistent, fully reversible, numerical Li/S-battery model
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Hofmann, Andreas F.andreas.hofmann (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Latz, Arnulfarnulf.latz (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Fronczek, David Normandavid.fronczek (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Bessler, Wolfgang G.wolfgang.bessler (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Datum:13 Mai 2013
Erschienen in:2nd International Conference on Materials for Energy
Referierte Publikation:Nein
Open Access:Nein
Gold Open Access:Nein
In SCOPUS:Nein
In ISI Web of Science:Nein
Status:veröffentlicht
Stichwörter:lithium-sulfur battery; beyond lithium-ion battery; 2nd generation of lithium batteries
Veranstaltungstitel:2nd International Conference on Materials for Energy - EnMat II
Veranstaltungsort:Karlsruhe, Germany
Veranstaltungsart:internationale Konferenz
Veranstaltungsdatum:May 12-16, 2013
Veranstalter :Dechema, e.V.
HGF - Forschungsbereich:Energie
HGF - Programm:Rationelle Energieumwandlung und Nutzung (alt)
HGF - Programmthema:Brennstoffzelle (alt)
DLR - Schwerpunkt:Energie
DLR - Forschungsgebiet:E EV - Energieverfahrenstechnik
DLR - Teilgebiet (Projekt, Vorhaben):E - Elektrochemische Prozesse (alt)
Standort: andere
Institute & Einrichtungen:Institut für Technische Thermodynamik > Computergestützte Elektrochemie
Hinterlegt von: Hofmann, Andreas Felix
Hinterlegt am:12 Aug 2013 14:10
Letzte Änderung:12 Aug 2013 14:10

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