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Identifying limiting factors on the cell performance of all-solid-state batteries by microstructural resolved simulations

Clausnitzer, Moritz und Hein, Simon und Mücke, Robert und Cressa, Luca und Ihrig, Martin und Finsterbusch, Martin und Danner, Timo und Latz, Arnulf (2022) Identifying limiting factors on the cell performance of all-solid-state batteries by microstructural resolved simulations. Solid-state Batteries / SSB V, 2022-11-22 - 2022-11-24, Frankfurt, Deutschland.

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Kurzfassung

All-solid-state batteries (ASSBs) are predicted to play an important role in future battery applications, because they potentially provide high energy densities and an enhanced safety in operation. The ceramic electrolyte LLZO is a promising choice for the solid electrolyte (SE), as it is stable against Li-metal and shows a high ionic conductivity which is essential for a high cell performance. However, experimental results still show low capacities for garnet-based ASSBs at room temperature and a severe capacity fade after the cycling of the cells. In this contribution we explore the reasons for the observed limitations and show possible optimization strategies by continuum modelling and simulations. First, we perform microstructural-resolved simulations on a set of virtual composite cathodes to identify the limitations of the underlying microstructure. In doing so we want to provide advantageous target values for the cell production regarding active material content, sinter density and particle sizes. Furthermore, we focus on the role of secondary phases in the composite cathode that can form as a result of degradation phenomena at the interface between the SE and cathode active material (CAM). By extending our simulation environment with an interface model, we show that a resistive layer at the interface SE/CAM resulting from secondary phase formation is a plausible explanation for the low measured capacities at room temperature. An increase in layer thickness when cycling the cell due to electrochemical degradation is a possible mechanism for the observed capacity fade.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/192398/
Dokumentart:Konferenzbeitrag (Poster)
Titel:Identifying limiting factors on the cell performance of all-solid-state batteries by microstructural resolved simulations
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Clausnitzer, Moritzmoritz.clausnitzer (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Hein, SimonSimon.Hein (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-6728-9983NICHT SPEZIFIZIERT
Mücke, Robertr.muecke (at) fz-juelich.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Cressa, Lucaluca.cressa (at) list.luNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Ihrig, Martinm.ihrig (at) fz-juelich.dehttps://orcid.org/0000-0002-3616-7473NICHT SPEZIFIZIERT
Finsterbusch, MartinFZJ Jülichhttps://orcid.org/0000-0001-7027-7636NICHT 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:2022
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Nein
Gold Open Access:Nein
In SCOPUS:Nein
In ISI Web of Science:Nein
Status:veröffentlicht
Stichwörter:Continuum modelling, solid-state batteries, composite cathode, secondary phases, anisotropy.
Veranstaltungstitel:Solid-state Batteries / SSB V
Veranstaltungsort:Frankfurt, Deutschland
Veranstaltungsart:nationale Konferenz
Veranstaltungsbeginn:22 November 2022
Veranstaltungsende:24 November 2022
Veranstalter :Nov 22 - Nov 24, 2022
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: Clausnitzer, Moritz
Hinterlegt am:15 Dez 2022 11:10
Letzte Änderung:12 Jul 2024 09:28

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