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Zinc Electrode Shape Change in Alkaline Air Batteries: A validated 2D Model

Schmitt, Tobias und Latz, Arnulf und Horstmann, Birger (2019) Zinc Electrode Shape Change in Alkaline Air Batteries: A validated 2D Model. 16th Symposium on Modeling and Experimental Validation of Electrochemical Energy Technologies, 2019-03-12 - 2019-03-13, Braunschweig, Deutschland.

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Kurzfassung

Zinc-air batteries are a promising candidate for stationary energy storage. Zinc metal electrodes are stable in water relying on non-toxic materials and enabling low manufacturing costs. Current experimental research in this field deals with cycle-life limiting effects, such as anode shape change and electrolyte passivation. We contribute to this topic by performing multi-dimensional simulations. Recently, we developed a theory-based model of aqueous alkaline zinc-air batteries that consistently couples the dynamics of its solid, liquid, and gaseous phases. 1D simulations predicted the effects of inhomogeneous zinc oxide nucleation and growth as well as carbonate formation in the electrolyte. We validated the model predictions of discharge voltage and shelf-life. Here, we present the first multi-dimensional simulations of zinc-air batteries and extend our model by simulating zinc shape change. Our 2D simulations of button cells are enabled by local volumeaveraging theory. We present an implementation that deals with the numerical instabilities of a multi-component incompressibility constraint. We validate our model by in-situ tomographies of commercial button cells. To this regard, we compare the voltage profile and the phase distribution during discharge. Finally, we discuss various strategies to enhance cycle-life.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/127440/
Dokumentart:Konferenzbeitrag (Vortrag)
Titel:Zinc Electrode Shape Change in Alkaline Air Batteries: A validated 2D Model
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Schmitt, TobiasDeutsches Zentrum für Luft- und RaumfahrtNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Latz, ArnulfDeutsches Zentrum für Luft- und RaumfahrtNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Horstmann, BirgerDeutsches Zentrum für Luft- und RaumfahrtNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Datum:12 März 2019
Referierte Publikation:Nein
Open Access:Ja
Gold Open Access:Nein
In SCOPUS:Nein
In ISI Web of Science:Nein
Status:veröffentlicht
Stichwörter:Zinc-Air Battery Modeling & Simulation Cell Optimization
Veranstaltungstitel:16th Symposium on Modeling and Experimental Validation of Electrochemical Energy Technologies
Veranstaltungsort:Braunschweig, Deutschland
Veranstaltungsart:internationale Konferenz
Veranstaltungsbeginn:12 März 2019
Veranstaltungsende:13 März 2019
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: Schmitt, Tobias
Hinterlegt am:12 Jul 2019 10:52
Letzte Änderung:24 Apr 2024 20:31

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