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Beneficial Effects of Three-Dimensional Structured Electrodes for the Fast Charging of Lithium-Ion Batteries

De Lauri, Vittorio und Krumbein, Lukas und Hein, Simon und Prifling, Benedikt und Schmidt, Volker und Danner, Timo und Latz, Arnulf (2021) Beneficial Effects of Three-Dimensional Structured Electrodes for the Fast Charging of Lithium-Ion Batteries. ACS Applied Energy Materials. American Chemical Society (ACS). doi: 10.1021/acsaem.1c02621. ISSN 2574-0962. (im Druck)

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2MB

Offizielle URL: https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acsaem.1c02621

Kurzfassung

Lithium-ion batteries are the dominating electrochemical energy storage technology for battery electric vehicles. However, additional optimization is needed to meet the requirements of the automotive industry regarding energy density, cost, safety, and fast charging performance. In conventional electrode designs, there is a trade-off between energy density and rate capability. Recently, three-dimensional (3D) structuring techniques, such as laser perforation, were proposed to optimize both properties at the same time and remarkable improvements in fast-charging performance have been demonstrated. In this work, we investigate the effect of structuring techniques on the thermal properties and electrochemical performance of the battery using microstructure-resolved simulations. Particular attention will be paid to the heat evolution and lithium plating during fast charging of the batteries. According to our results, 3D structuring is able to reduce the overall cell resistance by improving the electrolyte transport. This has a positive impact on the fast charging capability of the cell and, moreover, reduces the danger of lithium plating.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/147597/
Dokumentart:Zeitschriftenbeitrag
Titel:Beneficial Effects of Three-Dimensional Structured Electrodes for the Fast Charging of Lithium-Ion Batteries
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
De Lauri, VittorioUniversità degli studi di Modena e Reggio EmiliaNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Krumbein, Lukaslukas.krumbein (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Hein, SimonSimon.Hein (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-6728-9983NICHT SPEZIFIZIERT
Prifling, BenediktUniversity of Ulmhttps://orcid.org/0000-0002-2952-0208NICHT SPEZIFIZIERT
Schmidt, VolkerUniversity of UlmNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Danner, TimoTimo.Danner (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0003-2336-6059NICHT SPEZIFIZIERT
Latz, ArnulfArnulf.Latz (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Datum:8 Dezember 2021
Erschienen in:ACS Applied Energy Materials
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Ja
Gold Open Access:Nein
In SCOPUS:Ja
In ISI Web of Science:Ja
DOI:10.1021/acsaem.1c02621
Verlag:American Chemical Society (ACS)
ISSN:2574-0962
Status:im Druck
Stichwörter:lithium-ion battery microstructure-resolved simulation fast charging laser perforation lithium plating
HGF - Forschungsbereich:Luftfahrt, Raumfahrt und Verkehr
HGF - Programm:Verkehr
HGF - Programmthema:Verkehrssystem
DLR - Schwerpunkt:Verkehr
DLR - Forschungsgebiet:V VS - Verkehrssystem
DLR - Teilgebiet (Projekt, Vorhaben):V - Energie und Verkehr (alt)
Standort: Ulm
Institute & Einrichtungen:Institut für Technische Thermodynamik > Computergestützte Elektrochemie
Hinterlegt von: Danner, Timo
Hinterlegt am:23 Dez 2021 21:13
Letzte Änderung:01 Jan 2023 03:00

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