Clausnitzer, Moritz and Ihrig, Martin and Cressa, Luca and Hein, Simon and Finsterbusch, Martin and Eswara, Santhana and Kuo, Liang-Yin and Danner, Timo and Kaghazchi, Payam and Fattakhova-Rohlfing, Dina and Guillon, Olivier and Latz, Arnulf (2024) Impact of degradation mechanisms at the cathode/electrolyte interface of garnet-based all-solid-state batteries. Energy Storage Materials, 67, p. 103262. Elsevier. doi: 10.1016/j.ensm.2024.103262. ISSN 2405-8297.
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Official URL: https://dx.doi.org/10.1016/j.ensm.2024.103262
Abstract
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.
| Item URL in elib: | https://elib.dlr.de/206629/ | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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| Document Type: | Article | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Title: | Impact of degradation mechanisms at the cathode/electrolyte interface of garnet-based all-solid-state batteries | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Authors: |
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| Date: | 13 February 2024 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Journal or Publication Title: | Energy Storage Materials | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Refereed publication: | Yes | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Open Access: | Yes | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Gold Open Access: | No | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| In SCOPUS: | Yes | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| In ISI Web of Science: | Yes | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Volume: | 67 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| DOI: | 10.1016/j.ensm.2024.103262 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Page Range: | p. 103262 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Publisher: | Elsevier | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| ISSN: | 2405-8297 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Status: | Published | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Keywords: | All-solid-state batteries Composite cathode Continuum modeling Interface degradation Cathode/garnet interface | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 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: | Danner, Timo | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Deposited On: | 16 Oct 2024 17:31 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Last Modified: | 17 Feb 2025 09:16 |
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