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Modeling of Dead Lithium Formation During Dissolution

Werres, Martin und Latz, Arnulf und Horstmann, Birger (2020) Modeling of Dead Lithium Formation During Dissolution. The 71st Annual Meeting of the International Society of Electrochemistry “Electrochemistry towards Excellence”, 2020-08-31 - 2020-09-04, Belgrad, Serbien / Virtuell.

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143kB

Kurzfassung

Lithium metal anode batteries are promising candidates for next generation energy storage systems as they have a high theoretical energy density. In order to make them commercially viable, the cyclabilty has to be improved. It is limited by irreversible loss of active lithium due to the formation of a solid electrolyte interface (SEI) and the formation of unreactive "dead" metallic lithium. The latter is the dominating source of capacity loss in certain battery systems. Experiments showing that during dissolution of lithium whiskers the tip cannot be dissolved hint that mechanical instabilities occur. We developed a generalized phase-field model of the dissolution process in order to gain insights of the underlying mechanisms of "dead" lithium formation and capacity fade. Our phase-field model describes the dissolution of a single lithium whisker in a liquid electrolyte based on lithium surface tension and the interaction between lithium and the SEI, utilizing the framework of non-equilibrium thermodynamics. We study the shape evolution of the lithium whisker under galvanostatic condition and under which circumstances instabilities occur. Our model is able to predict the nucleation of a Rayleigh instability induced by interactions with the SEI. Thus, the lithium whisker does not dissolve completely and an electrically disconnected metallic lithium droplet is formed. This is in agreement with optical microscope observations of lithium dendrite dissolution.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/139356/
Dokumentart:Konferenzbeitrag (Poster)
Titel:Modeling of Dead Lithium Formation During Dissolution
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Werres, Martinmartin.werres (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0001-7199-4848NICHT SPEZIFIZIERT
Latz, Arnulfarnulf.latz (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0003-1449-8172NICHT SPEZIFIZIERT
Horstmann, Birgerbirger.horstmann (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-1500-0578NICHT SPEZIFIZIERT
Datum:2020
Referierte Publikation:Nein
Open Access:Nein
Gold Open Access:Nein
In SCOPUS:Nein
In ISI Web of Science:Nein
Status:veröffentlicht
Stichwörter:Dendrites, Lithium-Metal, Modelling
Veranstaltungstitel:The 71st Annual Meeting of the International Society of Electrochemistry “Electrochemistry towards Excellence”
Veranstaltungsort:Belgrad, Serbien / Virtuell
Veranstaltungsart:internationale Konferenz
Veranstaltungsbeginn:31 August 2020
Veranstaltungsende:4 September 2020
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: Bolay, Linda
Hinterlegt am:11 Dez 2020 16:38
Letzte Änderung:22 Jul 2024 15:13

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