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Impact of solid precipitate on the morphology and performance of Lithium-Sulfur battery cathodes using the lattice Boltzmann method

Weinmiller, Julius und Lautenschläger, Martin und Kellers, Benjamin und Danner, Timo und Latz, Arnulf (2023) Impact of solid precipitate on the morphology and performance of Lithium-Sulfur battery cathodes using the lattice Boltzmann method. 19th Symposium on Fuel Cell and Battery Modeling and Experimental Validation, 2023-03-21 - 2023-03-23, Duisburg, Deutschland.

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Kurzfassung

Lithium-sulfur batteries (LIB) are a promising technology for next-generation energy storage. How-ever, LIB are affected by solid precipitate formation during cycling, which changes cathode morphol-ogy and passivates active surfaces, resulting in overall battery performance degradation. Morphological changes in the microstructure, from surface reactions, dissolution, and precipita-tion are difficult to characterise due to their complex interactions. Traditional computational method approaches typically use simplified abstract modelling [1,2] or homogenization relying on representa-tive volume elements [3]. However, accuracy and predictions of these approaches are limited. Never-theless, understanding these elusive phenomena are important to mitigate them in future LIB devel-opments. The driving dynamics and phenomena in LIB are mesoscopic in nature, where computational simulations can provide detailed insight. In this work, a lattice Boltzmann method (LBM) model is presented that was specifically devel-oped to simulate the relevant physicochemical phenomena. The LBM has shown to outperform many conventional methods at the pore scale due to its sound physical basis and efficient computational parallelization. Our model was applied to simulate and study three-dimensional porous cathodes, fully resolved in sub-micron resolution. The resulting simulations capture precipitates growth successfully and were used to investigate pore clogging and surface passivation. This study sheds light on the pore-scale happenings of LIB microstructures and will help to optimize the design of LIB systems. Acknowledgements: Funded by the Federal Ministry of Education and Research with grant 03XP0491A

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/194578/
Dokumentart:Konferenzbeitrag (Poster)
Titel:Impact of solid precipitate on the morphology and performance of Lithium-Sulfur battery cathodes using the 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.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT 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.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Datum:März 2023
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:19th Symposium on Fuel Cell and Battery Modeling and Experimental Validation
Veranstaltungsort:Duisburg, Deutschland
Veranstaltungsart:internationale Konferenz
Veranstaltungsbeginn:21 März 2023
Veranstaltungsende:23 März 2023
Veranstalter :ZBT - The hydrogen and fuel cell center
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:06 Apr 2023 14:54
Letzte Änderung:28 Mai 2024 08:57

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