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A novel modeling approach for sulfurized polyacrylonitrile (SPAN) electrodes in Li metal batteries

Simanjuntak, Esther Kezia und Danner, Timo und Wang, Peiwen und Buchmeiser, Michael R. und Latz, Arnulf (2024) A novel modeling approach for sulfurized polyacrylonitrile (SPAN) electrodes in Li metal batteries. Electrochimica Acta, 497, Seite 144571. Elsevier. doi: 10.1016/j.electacta.2024.144571. ISSN 0013-4686.

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

Offizielle URL: https://dx.doi.org/10.1016/j.electacta.2024.144571

Kurzfassung

Li-sulfur batteries represent a promising class of next-generation batteries with high theoretical gravimetric capacity. Moreover, the absence of scarce elements such as nickel or cobalt makes them a sustainable alternative to Li-ion batteries. However, it is well known that the main problem of Li-sulfur batteries is the so-called polysulfide shuttle, which leads to self-discharge, capacity fading and low coulombic efficiency. In recent years, several mitigation strategies have been developed for Li-sulfur batteries to reduce the polysulfide shuttle effect. One promising approach is to covalently bond the sulfur to a polymer backbone. A well-known class of materials is sulfurized poly(acrylonitrile) (SPAN), for which long cycle life and high specific capacities have been reported. In this work, we present a novel continuum model for SPAN electrodes and demonstrate its application in Li-SPAN batteries. Within our simulation framework we include both red/ox reactions of covalently sulfur on PAN as well as transport and reactions of polysulfides in the solution. By combining simulations and experimental data we analyze the discharge mechanism and provide guidelines for electrode design.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/206628/
Dokumentart:Zeitschriftenbeitrag
Titel:A novel modeling approach for sulfurized polyacrylonitrile (SPAN) electrodes in Li metal batteries
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Simanjuntak, Esther KeziaNICHT SPEZIFIZIERThttps://orcid.org/0000-0001-9379-9031NICHT SPEZIFIZIERT
Danner, TimoNICHT SPEZIFIZIERThttps://orcid.org/0000-0003-2336-6059NICHT SPEZIFIZIERT
Wang, PeiwenNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Buchmeiser, Michael R.NICHT SPEZIFIZIERThttps://orcid.org/0000-0001-6472-5156NICHT SPEZIFIZIERT
Latz, ArnulfNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Datum:8 Juni 2024
Erschienen in:Electrochimica Acta
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Ja
Gold Open Access:Nein
In SCOPUS:Ja
In ISI Web of Science:Ja
Band:497
DOI:10.1016/j.electacta.2024.144571
Seitenbereich:Seite 144571
Verlag:Elsevier
ISSN:0013-4686
Status:veröffentlicht
Stichwörter:Lithium-sulfur batteries Continuum modeling Sulfurized poly(acrylonitrile) (SPAN) Electrode design
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: Danner, Timo
Hinterlegt am:16 Okt 2024 17:30
Letzte Änderung:18 Okt 2024 12:07

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