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Effect of Particle Size and Pressure on the Transport Properties of the Fast Ion Conductor t-Li7SiPS8

Schneider, Christian und Schmidt, Christoph und Neumann, Anton und Clausnitzer, Moritz und Sadowski, Marcel und Harm, Sascha und Meier, Christoph und Danner, Timo und Albe, Karsten und Latz, Arnulf und Wall, Wolfgang und Lotsch, Bettina (2023) Effect of Particle Size and Pressure on the Transport Properties of the Fast Ion Conductor t-Li7SiPS8. Advanced Energy Materials, 13 (15), Seite 2203873. Wiley. doi: 10.1002/aenm.202203873. ISSN 1614-6832.

[img] PDF - Verlagsversion (veröffentlichte Fassung)
2MB

Offizielle URL: https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/aenm.202203873

Kurzfassung

All-solid-state batteries promise higher energy and power densities as well as increased safety compared to lithium-ion batteries by using non-flammable solid electrolytes and metallic lithium as the anode. Ensuring permanent and close contact between the components and individual particles is crucial for long-term operation of a solid-state cell. This study investigates the particle size dependent compression mechanics and ionic conductivity of the mechanically soft thiophosphate solid electrolyte tetragonal Li7SiPS8 (t-LiSiPS) under pressure. The effect of stack and pelletizing pressure is demonstrated as a powerful tool to influence the microstructure and, hence, ionic conductivity of t-LiSiPS. Heckel analysis for granular powder compression reveals distinct pressure regimes, which differently impact the Li ion conductivity. The pelletizing process is simulated using the discrete element method followed by finite volume analysis to disentangle the effects of pressure-dependent microstructure evolution from atomistic activation volume effects. Furthermore, it is found that the relative density of a tablet is a weaker descriptor for the sample's impedance compared to the particle size distribution. The multiscale experimental and theoretical study thus captures both atomistic and microstructural effects of pressure on the ionic conductivity, thus emphasizing the importance of microstructure, particle size distribution and pressure control in solid electrolytes.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/201317/
Dokumentart:Zeitschriftenbeitrag
Titel:Effect of Particle Size and Pressure on the Transport Properties of the Fast Ion Conductor t-Li7SiPS8
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Schneider, ChristianMax Planck Institute for Solid State ResearchNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Schmidt, ChristophTUMNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Neumann, AntonDLRNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Clausnitzer, MoritzDLRNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Sadowski, MarcelTU DarmstadtNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Harm, SaschaMax Planck Institute for Solid State ResearchNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Meier, ChristophTUMNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Danner, TimoDLRNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Albe, KarstenTU DarmstadtNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Latz, ArnulfDLRNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Wall, WolfgangTUMNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Lotsch, BettinaMax Planck Institute for Solid State ResearchNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Datum:3 März 2023
Erschienen in:Advanced Energy Materials
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Ja
Gold Open Access:Nein
In SCOPUS:Ja
In ISI Web of Science:Ja
Band:13
DOI:10.1002/aenm.202203873
Seitenbereich:Seite 2203873
Verlag:Wiley
ISSN:1614-6832
Status:veröffentlicht
Stichwörter:all-solid-state batteries, impedance, ionic conductivity, particle size distribution, pressure, thiophosphates
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:21 Dez 2023 13:30
Letzte Änderung:08 Jan 2024 11:35

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