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Impact of degradation mechanisms at the cathode/electrolyte interface of garnet-based all-solid-state batteries

Clausnitzer, Moritz und Ihrig, Martin und Cressa, Luca und Hein, Simon und Finsterbusch, Martin und Eswara, Santhana und Kuo, Liang-Yin und Danner, Timo und Kaghazchi, Payam und Fattakhova-Rohlfing, Dina und Guillon, Olivier und Latz, Arnulf (2024) Impact of degradation mechanisms at the cathode/electrolyte interface of garnet-based all-solid-state batteries. Energy Storage Materials, 67, Seite 103262. Elsevier. doi: 10.1016/j.ensm.2024.103262. ISSN 2405-8297.

[img] PDF - Verlagsversion (veröffentlichte Fassung)
4MB

Offizielle URL: https://dx.doi.org/10.1016/j.ensm.2024.103262

Kurzfassung

All-solid-state batteries have the potential to improve the safety, energy-, and power density of lithium-ion batteries. However, the limited stability of rigid solid-solid interfaces remains a key challenge. The cathode/ electrolyte interface is particularly prone to degradation during high-temperature sintering and electrochemical cycling, forming secondary phases that impede charge transport and limit cell performance. Experimental analysis of these phases is challenging since they result in thin resistive films that are sensitive to typical characterization techniques. In this study, we use structure-resolved electrochemical simulations to investigate the impact of resistive phases at the cathode/electrolyte interface on cell performance and identify dominant degradation mechanisms. We extend our simulation framework with a novel resistive film model that accounts for the additional charge transfer resistance at the interface based on interphase properties. Our approach combines continuum simulations with insights from density functional theory and experimental data, including secondary ion mass spectrometry measurements. This allows us, for the first time, to assess the impact of resistive films on the degradation of full-cell performance.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/206629/
Dokumentart:Zeitschriftenbeitrag
Titel:Impact of degradation mechanisms at the cathode/electrolyte interface of garnet-based all-solid-state batteries
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Clausnitzer, MoritzNICHT SPEZIFIZIERThttps://orcid.org/0009-0000-4743-4947NICHT SPEZIFIZIERT
Ihrig, MartinNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Cressa, LucaNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Hein, SimonNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Finsterbusch, MartinNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Eswara, SanthanaNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Kuo, Liang-YinNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Danner, TimoNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Kaghazchi, PayamNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Fattakhova-Rohlfing, DinaNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Guillon, OlivierNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Latz, ArnulfNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Datum:13 Februar 2024
Erschienen in:Energy Storage Materials
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Ja
Gold Open Access:Nein
In SCOPUS:Ja
In ISI Web of Science:Ja
Band:67
DOI:10.1016/j.ensm.2024.103262
Seitenbereich:Seite 103262
Verlag:Elsevier
ISSN:2405-8297
Status:veröffentlicht
Stichwörter:All-solid-state batteries Composite cathode Continuum modeling Interface degradation Cathode/garnet interface
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 17:31
Letzte Änderung:18 Okt 2024 12:06

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