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Dissolution and Precipitation in Conversion-Type Battery Systems using Lattice Boltzmann Method

Weinmiller, Julius und Lautenschläger, Martin und Kellers, Benjamin und Danner, Timo und Latz, Arnulf (2022) Dissolution and Precipitation in Conversion-Type Battery Systems using Lattice Boltzmann Method. 32nd Topical Meeting of the International Society of Electrochemistry, 2022-06-19 - 2022-06-22, Stockholm, Sweden.

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Kurzfassung

Metal-sulfur batteries, such as lithium-sulfur (Li-S) for aerial and magnesium-sulfur (Mg-S) for ground-based applications [1] are a promising alternative to today's Lithium-ion batteries. In its development process, beside experiments, conventional continuum simulation approaches are applied. While many one-dimensional models [2] have been used to describe and analyse the charge and discharge behaviour of such systems, only few incorporate the physical complexity of these conversion-type batteries. Either the realistic physical behaviour is strongly abstracted [3,4] or modelled using a single volume element as a representative electrode structure [5]. However, a detailed understanding and insight into how pore-scale behaviour affects the cell level is still missing. In this contribution, a novel LBM model is presented and used to simulate the relevant aspects of multi-species transport phenomena and chemical reactions at the pore-sacle, including dissolution and heterogeneous precipitation. This model is applied to three-dimensional porous electrodes which are studied fully resolved in sub-micron resolution. Electrochemical effects are incorporated via the reaction pathways. As such, crystal growth, pore clogging, and polysulfide diffusion, are studied in detail. The effects of surface passivation, temporal varying tortuosity, diffusion pathways, available reactive surface, and capacity loss will be analysed. [1] Richter, R. et al. (2021) ACS Appl. Energy Mater., 4(3), pp. 2365-2376. [2] Kumaresan, K. et al. (2008) J. Electrochem. Soc., 155(8), p. A576. [3] Danner, T. and Latz, A. (2019) Electrochim. Acta, 322, p. 134719. [4] Ren, Y.X. et al. (2016) J. of Power Sources, 336, pp. 115-125. [5] Mistry, A. and Mukherjee, P.P. (2017) J. Phys. Chem. C, 121(47), pp. 26256-26264.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/191980/
Dokumentart:Konferenzbeitrag (Vortrag)
Titel:Dissolution and Precipitation in Conversion-Type Battery Systems using Lattice Boltzmann Method
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Weinmiller, JuliusJulius.Weinmiller (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-5380-6791NICHT SPEZIFIZIERT
Lautenschläger, MartinMartin.Lautenschlaeger (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0003-3266-4218NICHT SPEZIFIZIERT
Kellers, BenjaminBenjamin.Kellers (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0001-9791-2724NICHT SPEZIFIZIERT
Danner, TimoTimo.Danner (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0003-2336-6059NICHT SPEZIFIZIERT
Latz, ArnulfArnulf.Latz (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0003-1449-8172NICHT SPEZIFIZIERT
Datum:19 Juni 2022
Referierte Publikation:Nein
Open Access:Nein
Gold Open Access:Nein
In SCOPUS:Nein
In ISI Web of Science:Nein
Status:veröffentlicht
Stichwörter:Strukturaufgelöste Batteriesimulation, Lattice Boltzmann Method
Veranstaltungstitel:32nd Topical Meeting of the International Society of Electrochemistry
Veranstaltungsort:Stockholm, Sweden
Veranstaltungsart:internationale Konferenz
Veranstaltungsbeginn:19 Juni 2022
Veranstaltungsende:22 Juni 2022
Veranstalter :International Society of Electrochemistry
HGF - Forschungsbereich:Energie
HGF - Programm:Materialien und Technologien für die Energiewende
HGF - Programmthema:Elektrochemische Energiespeicherung
DLR - Schwerpunkt:Energie
DLR - Forschungsgebiet:E SP - Energiespeicher
DLR - Teilgebiet (Projekt, Vorhaben):E - Elektrochemische Speicher
Standort: Ulm
Institute & Einrichtungen:Institut für Technische Thermodynamik > Computergestützte Elektrochemie
Hinterlegt von: Weinmiller, Julius
Hinterlegt am:12 Dez 2022 19:07
Letzte Änderung:24 Apr 2024 20:53

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