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Modeling nucleation and growth of zinc oxide during discharge of primary zinc-air batteries

Stamm, Johannes und Varzi, Alberto und Latz, Arnulf und Horstmann, Birger (2017) Modeling nucleation and growth of zinc oxide during discharge of primary zinc-air batteries. Journal of Power Sources. Elsevier. doi: 10.1016/j.jpowsour.2017.05.073. ISSN 0378-7753.

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Kurzfassung

Metal-air batteries are among the most promising next-generation energy storage devices. Relying on abundant materials and offering high energy densities, potential applications lie in the fields of electro-mobility, portable electronics, and stationary grid applications. Now, research on secondary zinc-air batteries is revived, which are commercialized as primary hearing aid batteries. One of the main obstacles for making zinc-air batteries rechargeable is their poor lifetime due to the degradation of alkaline electrolyte in contact with atmospheric carbon dioxide. In this article, we present a continuum theory of a commercial Varta PowerOne button cell. Our model contains dissolution of zinc and nucleation and growth of zinc oxide in the anode, thermodynamically consistent electrolyte transport in porous media, and multi-phase coexistance in the gas diffusion electrode. We perform electrochemical measurements and validate our model. Excellent agreement between theory and experiment is found and novel insights into the role of zinc oxide nucleation and growth and carbon dioxide dissolution for discharge and lifetime is presented. We demonstrate the implications of our work for the development of rechargeable zinc-air batteries.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/116998/
Dokumentart:Zeitschriftenbeitrag
Titel:Modeling nucleation and growth of zinc oxide during discharge of primary zinc-air batteries
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Stamm, JohannesUniversität MünsterNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Varzi, AlbertoKarlsruhe Institut für TechnologieNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Latz, Arnulfarnulf.latz (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Horstmann, Birgerbirger.horstmann (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-1500-0578NICHT SPEZIFIZIERT
Datum:9 Juni 2017
Erschienen in:Journal of Power Sources
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Ja
Gold Open Access:Nein
In SCOPUS:Ja
In ISI Web of Science:Ja
DOI:10.1016/j.jpowsour.2017.05.073
Verlag:Elsevier
ISSN:0378-7753
Status:veröffentlicht
Stichwörter:Aqueous alkaline electrolyte; Carbon dioxide absorption; Model and validation; Nucleation and growth; Primary button cell; Zinc-air battery
HGF - Forschungsbereich:Energie
HGF - Programm:Speicher und vernetzte Infrastrukturen
HGF - Programmthema:Elektrochemische Energiespeicher
DLR - Schwerpunkt:Energie
DLR - Forschungsgebiet:E SP - Energiespeicher
DLR - Teilgebiet (Projekt, Vorhaben):E - Elektrochemische Prozesse (Batterien) (alt)
Standort: Stuttgart
Institute & Einrichtungen:Institut für Technische Thermodynamik > Computergestützte Elektrochemie
Hinterlegt von: Horstmann, Birger
Hinterlegt am:20 Dez 2017 16:54
Letzte Änderung:08 Nov 2023 15:08

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