Schneider, Christian and Schmidt, Christoph and Neumann, Anton and Clausnitzer, Moritz and Sadowski, Marcel and Harm, Sascha and Meier, Christoph and Danner, Timo and Albe, Karsten and Latz, Arnulf and Wall, Wolfgang and 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), p. 2203873. Wiley. doi: 10.1002/aenm.202203873. ISSN 1614-6832.
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Official URL: https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/aenm.202203873
Abstract
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.
| Item URL in elib: | https://elib.dlr.de/201317/ | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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| Document Type: | Article | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Title: | Effect of Particle Size and Pressure on the Transport Properties of the Fast Ion Conductor t-Li7SiPS8 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Authors: |
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| Date: | 3 March 2023 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Journal or Publication Title: | Advanced Energy Materials | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Refereed publication: | Yes | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Open Access: | Yes | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Gold Open Access: | No | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| In SCOPUS: | Yes | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| In ISI Web of Science: | Yes | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Volume: | 13 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| DOI: | 10.1002/aenm.202203873 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Page Range: | p. 2203873 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Publisher: | Wiley | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| ISSN: | 1614-6832 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Status: | Published | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Keywords: | all-solid-state batteries, impedance, ionic conductivity, particle size distribution, pressure, thiophosphates | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| HGF - Research field: | Energy | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| HGF - Program: | Materials and Technologies for the Energy Transition | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| HGF - Program Themes: | Electrochemical Energy Storage | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| DLR - Research area: | Energy | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| DLR - Program: | E SP - Energy Storage | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| DLR - Research theme (Project): | E - Electrochemical Storage | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Location: | Ulm | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Institutes and Institutions: | Institute of Engineering Thermodynamics > Computational Electrochemistry | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Deposited By: | Clausnitzer, Moritz | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Deposited On: | 21 Dec 2023 13:30 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Last Modified: | 08 Jan 2024 11:35 |
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