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The Li battery digital twin – Combining 4D modelling, electro-chemistry, neutron, and ion-beam techniques

Möller, S. und Schwab, C. und Seidlmayer, S. und Clausnitzer, M. und Rosen, M. und Hörmann, J. und Mann, M. und Cannavo, A. und Ceccio, G. und Vacik, J. und Mouzakka, K.F. und Danner, T. und Latz, A. und Gilles, R. und Finsterbusch, M. (2024) The Li battery digital twin – Combining 4D modelling, electro-chemistry, neutron, and ion-beam techniques. Journal of Power Sources, 610, Seite 234681. Elsevier. doi: 10.1016/j.jpowsour.2024.234681. ISSN 0378-7753.

[img] PDF - Verlagsversion (veröffentlichte Fassung)
6MB

Offizielle URL: https://dx.doi.org/10.1016/j.jpowsour.2024.234681

Kurzfassung

Knowledge driven materials and component design is key for improving the performance of Li-ion batteries and solving the remaining hurdles for next-generation battery concepts like all-solid-state batteries. While the spatial and time dependent distribution of Li would help elucidating performance bottlenecks and degradation phe­ nomena, only a few analysis techniques are available, due to the unique nature of Li, especially as Li+-ion. In fact, only two non-destructive techniques with good time resolution can combine spatial information with absolute quantification of Li, one being Neutron Depth Profiling (NDP), the other Ion-Beam-Analysis (IBA). While both exploit nuclear processes, the information gained is complementary. NDP provides high depth resolution, but only limited lateral resolution, whereas IBA has high lateral, but only limited depth resolution. In this study, we benchmark both techniques for the first time using a set of Li-battery test-samples and show the strengths and synergies of both techniques. The derived information regarding the depth dependent Li-concentration is then used to validate a microstructure resolved continuum model of charge, discharge, and relaxation behavior of the cells and electro-chemical analysis. This fundamental work demonstrates a new route to optimize Li batteries on material and component level by combining advanced characterization and digital twin modelling.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/206631/
Dokumentart:Zeitschriftenbeitrag
Titel:The Li battery digital twin – Combining 4D modelling, electro-chemistry, neutron, and ion-beam techniques
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Möller, S.NICHT SPEZIFIZIERThttps://orcid.org/0000-0002-7948-4305NICHT SPEZIFIZIERT
Schwab, C.NICHT SPEZIFIZIERThttps://orcid.org/0000-0002-1460-5313NICHT SPEZIFIZIERT
Seidlmayer, S.NICHT SPEZIFIZIERThttps://orcid.org/0000-0003-1871-352XNICHT SPEZIFIZIERT
Clausnitzer, M.NICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Rosen, M.NICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Hörmann, J.NICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Mann, M.NICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Cannavo, A.NICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Ceccio, G.NICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Vacik, J.NICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Mouzakka, K.F.NICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Danner, T.NICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Latz, A.NICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Gilles, R.NICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Finsterbusch, M.NICHT SPEZIFIZIERThttps://orcid.org/0000-0001-7027-7636NICHT SPEZIFIZIERT
Datum:5 Mai 2024
Erschienen in:Journal of Power Sources
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Ja
Gold Open Access:Nein
In SCOPUS:Ja
In ISI Web of Science:Ja
Band:610
DOI:10.1016/j.jpowsour.2024.234681
Seitenbereich:Seite 234681
Verlag:Elsevier
ISSN:0378-7753
Status:veröffentlicht
Stichwörter:Ion-beam-analysis All-solid-state batteries Material analysis Neutron-depth profiling Li batteries
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 17:32
Letzte Änderung:18 Okt 2024 12:05

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