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Local microstructure-induced fluctuations in Li-Ion battery: theory and simulations

Traskunov, Igor und Latz, Arnulf (2021) Local microstructure-induced fluctuations in Li-Ion battery: theory and simulations. MODVAL 17 (17th Symposium on Modeling and Experimental Validation of Electrochemical Energy Technologies), 2021-04-20 - 2021-04-22, Sion, Schweiz.

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Kurzfassung

In recent years, a microstructure-resolving theoretical framework based on non-equilibrium thermodynamics was developed that allows describing electrochemical processes in electrodes of Lithium-ion batteries. A comparison of its predictions with those of the classical porous electrode theory by Newman and coworkers reveals that the models generally agree about averaged characteristics (charge curve, etc.), albeit with small noticeable systematic shifts. At the same time, localized fluctuations in potential and ion concentration, sometimes on the order of their averaged values, show up in the microstructure theory but are absent from the Newman theory predictions. The presence of these fluctuations can modify qualitatively the porous electrode theory-based predictions about local degradation and dissipation processes (Li plating, SEI growth, heat generation). Using a combination of formal homogenization and perturbation frameworks, we show how these fluctuations can be included in a porous electrode description and analyze which factors influence the scale of fluctuations (OCV curve, particle shape, etc.). The theoretical findings are supported by numerical simulations. In the light of big computational costs of the microstructure-resolving simulations, we proposed a new Li-Ion cell model that combine accurate prediction of the localized fluctuations with the numerical efficiency of the classical Newman’s model.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/147753/
Dokumentart:Konferenzbeitrag (Vortrag)
Titel:Local microstructure-induced fluctuations in Li-Ion battery: theory and simulations
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Traskunov, IgorIgor.Traskunov (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-0320-2607NICHT SPEZIFIZIERT
Latz, ArnulfArnulf.Latz (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0003-1449-8172NICHT SPEZIFIZIERT
Datum:20 April 2021
Referierte Publikation:Nein
Open Access:Nein
Gold Open Access:Nein
In SCOPUS:Nein
In ISI Web of Science:Nein
Status:veröffentlicht
Stichwörter:Li-Ion battery, microstructure, Newman model, porous electrode theory, local fluctuations
Veranstaltungstitel:MODVAL 17 (17th Symposium on Modeling and Experimental Validation of Electrochemical Energy Technologies)
Veranstaltungsort:Sion, Schweiz
Veranstaltungsart:internationale Konferenz
Veranstaltungsbeginn:20 April 2021
Veranstaltungsende:22 April 2021
HGF - Forschungsbereich:Energie
HGF - Programm:Materialien und Technologien für die Energiewende
HGF - Programmthema:Elektrochemische Energiespeicherung
DLR - Schwerpunkt:Energie
DLR - Forschungsgebiet:E VS - Verbrennungssysteme
DLR - Teilgebiet (Projekt, Vorhaben):E - Materialen für die elektrochemische Energiespeicherung, V - Energie und Verkehr (alt)
Standort: Ulm
Institute & Einrichtungen:Institut für Technische Thermodynamik > Computergestützte Elektrochemie
Hinterlegt von: Traskunov, Igor
Hinterlegt am:23 Dez 2021 10:55
Letzte Änderung:24 Apr 2024 20:46

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