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Elucidating the Silicon Voltage Hysteresis by Mechanical Coupling of Anode Particles and the SEI

Köbbing, Lukas und Latz, Arnulf und Horstmann, Birger (2024) Elucidating the Silicon Voltage Hysteresis by Mechanical Coupling of Anode Particles and the SEI. DPG Spring Meeting 2024, 2024-03-17 - 2024-03-22, Berlin, Deutschland.

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Kurzfassung

Silicon promises to be a superior next-generation anode material. However, a major challenge of silicon anodes is the significant voltage hysteresis reducing efficiency and leading to detrimental heat generation. Additionally, the hysteresis hinders precise state-of-charge estimation. Our recent research identifies the chemo-mechanical coupling of silicon and the Solid-Electrolyte Interphase (SEI) as the reason for the substantial voltage hysteresis. The SEI is a thin passivating film that grows on negative electrode particles due to electrolyte decomposition [1]. For silicon particles, volume changes lead to significant strains and plastic deformation within the SEI [2]. As anode particle and SEI are mechanically coupled, the stress generated inside the SEI impacts the stress inside the anode, affecting its potential. Our chemo-mechanical model reproduces the observed open-circuit voltage hysteresis [3]. Furthermore, our visco-elastoplastic SEI model reproduces the voltage difference between slow cycling and the relaxed voltage. This detailed physical understanding can improve the performance of silicon anodes. [1] L. Köbbing et al. J. Power Sources 2023, DOI: 10.1016/j.jpowsour.2023.232651. [2] L. Kolzenberg et al. Batter. Supercaps 2022, DOI: 10.1002/batt.202100216. [3] L. Köbbing et al. Adv. Funct. Mater. 2024, DOI: 10.1002/adfm.202308818.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/204274/
Dokumentart:Konferenzbeitrag (Vortrag)
Titel:Elucidating the Silicon Voltage Hysteresis by Mechanical Coupling of Anode Particles and the SEI
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Köbbing, LukasLukas.Koebbing (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-1806-6732160526030
Latz, ArnulfArnulf.Latz (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0003-1449-8172NICHT SPEZIFIZIERT
Horstmann, Birgerbirger.horstmann (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-1500-0578160526031
Datum:2024
Referierte Publikation:Nein
Open Access:Ja
Gold Open Access:Nein
In SCOPUS:Nein
In ISI Web of Science:Nein
Status:veröffentlicht
Stichwörter:lithium-ion batteries; silicon anode; silicon voltage hysteresis; solid-electrolyte interphase; SEI; chemo-mechanical model
Veranstaltungstitel:DPG Spring Meeting 2024
Veranstaltungsort:Berlin, Deutschland
Veranstaltungsart:internationale Konferenz
Veranstaltungsbeginn:17 März 2024
Veranstaltungsende:22 März 2024
Veranstalter :Deutsche Physikalische Gesellschaft
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, E - Elektrochemische Prozesse
Standort: Ulm
Institute & Einrichtungen:Institut für Technische Thermodynamik > Computergestützte Elektrochemie
Hinterlegt von: Köbbing, Lukas
Hinterlegt am:29 Mai 2024 17:38
Letzte Änderung:29 Mai 2024 17:39

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