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On the decisive role of passive material properties and morphology in Li-ion batteries

Danner, Timo und Hein, Simon und Prasad, Mrudula und Prifling, Benedikt und Neumann, Matthias und Knorr, Tobias und Schmidt, Volker und Latz, Arnulf (2023) On the decisive role of passive material properties and morphology in Li-ion batteries. EuroMech Colloquium - DATA-DRIVEN MODELING OF POROUS, COMPOSITE AND POLYCRYSTALLINE MICROSTRUCTURES FOR PREDICTING THEIR MECHANICAL AND TRANSPORT PROPERTIES, 2023-09-20 - 2023-09-22, Reisensburg Günzburg.

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Kurzfassung

vehicles due to their outstanding energy and power density. A typical Li-Ion battery electrode is a porous composite consisting of active material (particle diameter ~10-20 µm), conductive carbon (particle diameter ~100 nm), and polymeric binder. The carbon black and binder form a microporous phase (CB domain) which is distributed in the macro-pores of the active material network and ensures mechanical stability and electrical contact. However, at high current densities, e.g. during fast charging, the transport of Li-ions in the electrolyte is decisive for the performance of the battery cell and the CB domain increases mass transport limitations. [1,2] In order to assess the effect of the CB domain we performed detailed simulation studies on the pore-scale specifically resolving the transport processes in the CBD. Simulations were performed on reconstructions of NMC electrodes with different thickness and density which were created with the help of synchrotron tomography and a 3D stochastic microstructure generator [1,3,4]. In our presentation we cover different properties of the CBD and their impact on cell performance. More specifically, we investigate the influence of the distribution in the pore space [1,3], the distribution across the electrode [2], the volume of CBD in the electrode [3], and finally the morphology of the CBD. Based on these results different electrode configurations were evaluated regarding their optimization potential. This virtual screening provides material-structure-function relationships which are a helpful tool for the development of improved functional materials and electrochemical devices.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/200822/
Dokumentart:Konferenzbeitrag (Vortrag)
Titel:On the decisive role of passive material properties and morphology in Li-ion batteries
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Danner, TimoTimo.Danner (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0003-2336-6059NICHT SPEZIFIZIERT
Hein, SimonSimon.Hein (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-6728-9983NICHT SPEZIFIZIERT
Prasad, MrudulaMrudula.Prasad (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Prifling, BenediktUniversity of Ulmhttps://orcid.org/0000-0002-2952-0208NICHT SPEZIFIZIERT
Neumann, MatthiasUniversity of UlmNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Knorr, TobiasTobias.Knorr (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Schmidt, VolkerUniversity of UlmNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Latz, Arnulfarnulf.latz (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0003-1449-8172NICHT SPEZIFIZIERT
Datum:2023
Referierte Publikation:Nein
Open Access:Nein
Gold Open Access:Nein
In SCOPUS:Nein
In ISI Web of Science:Nein
Status:veröffentlicht
Stichwörter:Modeling, batteries, li-ion batteries, digital twin, passive materials
Veranstaltungstitel:EuroMech Colloquium - DATA-DRIVEN MODELING OF POROUS, COMPOSITE AND POLYCRYSTALLINE MICROSTRUCTURES FOR PREDICTING THEIR MECHANICAL AND TRANSPORT PROPERTIES
Veranstaltungsort:Reisensburg Günzburg
Veranstaltungsart:internationale Konferenz
Veranstaltungsbeginn:20 September 2023
Veranstaltungsende:22 September 2023
Veranstalter :Ulm University
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, E - Elektrochemische Speicher
Standort: Ulm
Institute & Einrichtungen:Institut für Technische Thermodynamik > Computergestützte Elektrochemie
Hinterlegt von: Danner, Timo
Hinterlegt am:18 Dez 2023 17:12
Letzte Änderung:24 Apr 2024 21:01

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