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Rate-Dependent Morphology of Li2O2 Growth in Li–O2 Batteries

Horstmann, Birger und Gallant, Betar und Mitchell, Robert und Bessler, Wolfgang G. und Shao-Horn, Yang und Bazant, Martin Z. (2013) Rate-Dependent Morphology of Li2O2 Growth in Li–O2 Batteries. Journal of Physical Chemistry Letters (4), Seiten 4217-4222. ACS Publications. doi: 10.1021/jz401973c. ISSN 1948-7185.

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Offizielle URL: http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/jz401973c

Kurzfassung

Compact solid discharge products enable energy storage devices with high gravimetric and volumetric energy densities, but solid deposits on active surfaces can disturb charge transport and induce mechanical stress. In this Letter, we develop a nanoscale continuum model for the growth of Li2O2 crystals in lithium–oxygen batteries with organic electrolytes, based on a theory of electrochemical nonequilibrium thermodynamics originally applied to Li-ion batteries. As in the case of lithium insertion in phase-separating LiFePO4 nanoparticles, the theory predicts a transition from complex to uniform morphologies of Li2O2 with increasing current. Discrete particle growth at low discharge rates becomes suppressed at high rates, resulting in a film of electronically insulating Li2O2 that limits cell performance. We predict that the transition between these surface growth modes occurs at current densities close to the exchange current density of the cathode reaction, consistent with experimental observations.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/86095/
Dokumentart:Zeitschriftenbeitrag
Titel:Rate-Dependent Morphology of Li2O2 Growth in Li–O2 Batteries
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Horstmann, Birgerbirger.horstmann (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-1500-0578NICHT SPEZIFIZIERT
Gallant, BetarNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Mitchell, RobertNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Bessler, Wolfgang G.wolfgang.bessler (at) hs-offenburg.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Shao-Horn, Yangshaohorn (at) mit.eduNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Bazant, Martin Z.bazant (at) mit.eduNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Datum:14 November 2013
Erschienen in:Journal of Physical Chemistry Letters
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Nein
Gold Open Access:Nein
In SCOPUS:Ja
In ISI Web of Science:Ja
DOI:10.1021/jz401973c
Seitenbereich:Seiten 4217-4222
Verlag:ACS Publications
ISSN:1948-7185
Status:veröffentlicht
Stichwörter:lithium−oxygen batteries; surface growth; electrodeposition; continuum modeling
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: Stuttgart
Institute & Einrichtungen:Institut für Technische Thermodynamik > Computergestützte Elektrochemie
Hinterlegt von: Horstmann, Birger
Hinterlegt am:02 Dez 2013 15:14
Letzte Änderung:21 Nov 2023 14:19

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