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Silicon Nanowires as Anodes for Lithium-Ion Batteries: Full Cell Modeling

Kilchert, Franziska und Schammer, Max und Latz, Arnulf und Horstmann, Birger (2024) Silicon Nanowires as Anodes for Lithium-Ion Batteries: Full Cell Modeling. Energy Technology. Wiley. doi: 10.1002/ente.202400206. ISSN 2194-4288.

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

Kurzfassung

Silicon (Si) anodes attract a lot of research attention for their potential to enable high-energy density lithium-ion batteries (LIBs). Many studies focus on nanostructured Si anodes to counteract deterioration. Herein, LIBs are modeled with Si nanowire anodes in combination with an ionic liquid (IL) electrolyte. On the anode side, elastic deformations to reflect the large volumetric changes of Si are allowed. With physics-based continuum modeling, insight into usually hardly accessible quantities like the stress distribution in the active material can be provided. For the IL electrolyte, the thermodynamically consistent transport theory includes convection as relevant transport mechanism. The volume-averaged 1d+1d framework is presented and parameter studies are performed to investigate the influence of the Si anode morphology on the cell performance. The findings highlight the importance of incorporating the volumetric expansion of Si in physics-based simulations. Even for nanostructured anodes - which are said to be beneficial concerning the stresses - the expansion influences the achievable capacity of the cell. Accounting for enough pore space is important for efficient active material usage.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/205429/
Dokumentart:Zeitschriftenbeitrag
Titel:Silicon Nanowires as Anodes for Lithium-Ion Batteries: Full Cell Modeling
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Kilchert, FranziskaFranziska.Kilchert (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0001-7485-6889NICHT SPEZIFIZIERT
Schammer, MaxMax.Schammer (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-9598-8343NICHT SPEZIFIZIERT
Latz, Arnulfarnulf.latz (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0003-1449-8172NICHT SPEZIFIZIERT
Horstmann, Birgerbirger.horstmann (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-1500-0578165215069
Datum:13 April 2024
Erschienen in:Energy Technology
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Ja
Gold Open Access:Nein
In SCOPUS:Ja
In ISI Web of Science:Ja
DOI:10.1002/ente.202400206
Verlag:Wiley
ISSN:2194-4288
Status:veröffentlicht
Stichwörter:continuum modeling, full cell simulation, ionic liquid electrolyte, Li-ion batteries, silicon anode
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 Prozesse, E - Elektrochemische Speicher
Standort: Ulm
Institute & Einrichtungen:Institut für Technische Thermodynamik > Computergestützte Elektrochemie
Hinterlegt von: Kilchert, Franziska
Hinterlegt am:09 Aug 2024 13:08
Letzte Änderung:11 Nov 2024 14:13

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